Μια νέα μελέτη εξέτασε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων και ορυκτών αργίλου στο έδαφος και έριξε φως σε παράγοντες που επηρεάζουν την παγίδευση του άνθρακα φυτικής προέλευσης στο έδαφος. Διαπιστώθηκε ότι το φορτίο στα βιομόρια και τα ορυκτά αργίλου, η δομή των βιομορίων, τα φυσικά μεταλλικά συστατικά στο έδαφος και η σύζευξη μεταξύ βιομορίων παίζουν καθοριστικό ρόλο στη δέσμευση του άνθρακα στο έδαφος. Ενώ η παρουσία θετικά φορτισμένων ιόντων μετάλλων στα εδάφη ευνοούσε την παγίδευση άνθρακα, το ηλεκτροστατικό ζευγάρωμα μεταξύ βιομορίων ανέστειλε την προσρόφηση των βιομορίων στα ορυκτά αργίλου. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην πρόβλεψη της πιο αποτελεσματικής χημείας του εδάφους στην παγίδευση άνθρακα στο έδαφος, η οποία με τη σειρά της θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για λύσεις που βασίζονται στο έδαφος για τη μείωση του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και για την υπερθέρμανση του πλανήτη και της κλιματικής αλλαγής.
Ο κύκλος του άνθρακα περιλαμβάνει τη μετακίνηση του άνθρακα από την ατμόσφαιρα στα φυτά και τα ζώα στη Γη και πίσω στην ατμόσφαιρα. Ο ωκεανός, η ατμόσφαιρα και οι ζωντανοί οργανισμοί είναι οι κύριες δεξαμενές ή καταβόθρες μέσω των οποίων ο άνθρακας κάνει κύκλους. Πολλά από άνθρακας αποθηκεύεται/απομονώνεται σε πετρώματα, ιζήματα και εδάφη. Οι νεκροί οργανισμοί στα πετρώματα και τα ιζήματα μπορεί να γίνουν ορυκτά καύσιμα για εκατομμύρια χρόνια. Η καύση των ορυκτών καυσίμων για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η οποία έχει ανατρέψει την ατμοσφαιρική ισορροπία άνθρακα και συνέβαλε στην υπερθέρμανση του πλανήτη και κατά συνέπεια της κλιματικής αλλαγής.
Καταβάλλονται προσπάθειες για περιορισμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη στους 1.5°C σε σύγκριση με τα προβιομηχανικά επίπεδα έως το 2050. Για να περιοριστεί η υπερθέρμανση του πλανήτη στους 1.5°C, οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου πρέπει να κορυφωθούν πριν από το 2025 και να μειωθούν στο μισό έως το 2030. Ωστόσο, η πρόσφατη παγκόσμια απογραφή έχει αποκάλυψε ότι ο κόσμος δεν βρίσκεται σε καλό δρόμο για τον περιορισμό της αύξησης της θερμοκρασίας στους 1.5°C μέχρι το τέλος αυτού του αιώνα. Η μετάβαση δεν είναι αρκετά γρήγορη για να επιτύχει μείωση 43% στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου έως το 2030 που θα μπορούσε να περιορίσει την υπερθέρμανση του πλανήτη σύμφωνα με τις τρέχουσες φιλοδοξίες.
Σε αυτό το πλαίσιο είναι ο ρόλος του εδάφους οργανικός άνθρακας (SOC) σε της κλιματικής αλλαγής κερδίζει σημασία τόσο ως πιθανή πηγή εκπομπής άνθρακα ως απόκριση στην υπερθέρμανση του πλανήτη όσο και ως φυσική καταβόθρα ατμοσφαιρικού άνθρακα.
Το ιστορικό φορτίο άνθρακα (δηλαδή, εκπομπή περίπου 1,000 δισεκατομμυρίων τόνων άνθρακα από το 1750 όταν ξεκίνησε η βιομηχανική επανάσταση), παρόλα αυτά, οποιαδήποτε αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας έχει τη δυνατότητα να απελευθερώσει περισσότερο άνθρακα από το έδαφος στην ατμόσφαιρα, επομένως είναι επιτακτική ανάγκη να διατηρηθεί η υπάρχουσα αποθέματα άνθρακα του εδάφους.
Το χώμα ως καταβόθρα οργανικές άνθρακας
Το έδαφος εξακολουθεί να είναι η δεύτερη μεγαλύτερη (μετά τον ωκεανό) καταβόθρα της Γης οργανικές άνθρακας. Διατηρεί περίπου 2,500 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα, που είναι περίπου δέκα φορές η ποσότητα που διατηρείται στην ατμόσφαιρα, ωστόσο έχει τεράστιες αναξιοποίητες δυνατότητες να δεσμεύσει τον ατμοσφαιρικό άνθρακα. Οι καλλιέργειες θα μπορούσαν να παγιδεύσουν μεταξύ 0.90 και 1.85 πεταγραμμάρια (1 Pg = 1015 γραμμάρια άνθρακα (Pg C) ετησίως, που είναι περίπου 26–53% του στόχου του «4 ανά 1000 Πρωτοβουλία(δηλαδή, 0.4% ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης του μόνιμου παγκόσμιου εδάφους οργανικές Τα αποθέματα άνθρακα μπορούν να αντισταθμίσουν την τρέχουσα αύξηση των εκπομπών άνθρακα στην ατμόσφαιρα και να συμβάλουν στην κάλυψη κλίμα στόχος). Ωστόσο, η αλληλεπίδραση των παραγόντων που επηρεάζουν την παγίδευση φυτικής προέλευσης οργανικές η ύλη στο έδαφος δεν είναι πολύ καλά κατανοητή.
Τι επηρεάζει το κλείδωμα του άνθρακα στο έδαφος
Μια νέα μελέτη ρίχνει φως σε αυτό που καθορίζει εάν ένα φυτικό οργανικές Η ύλη θα παγιδευτεί όταν εισέλθει στο έδαφος ή αν θα καταλήξει να τροφοδοτεί μικρόβια και να επιστρέψει άνθρακα στην ατμόσφαιρα με τη μορφή CO2. Μετά την εξέταση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ βιομορίων και ορυκτών αργίλου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το φορτίο σε βιομόρια και ορυκτά αργίλου, η δομή των βιομορίων, τα φυσικά μεταλλικά συστατικά στο έδαφος και το ζευγάρωμα μεταξύ βιομορίων παίζουν βασικό ρόλο στη δέσμευση του άνθρακα στο έδαφος.
Η εξέταση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ορυκτών αργίλου και μεμονωμένων βιομορίων αποκάλυψε ότι η δέσμευση ήταν προβλέψιμη. Δεδομένου ότι τα ορυκτά αργίλου είναι αρνητικά φορτισμένα, τα βιομόρια με θετικά φορτισμένα συστατικά (λυσίνη, ιστιδίνη και θρεονίνη) παρουσίασαν ισχυρή σύνδεση. Η δέσμευση επηρεάζεται επίσης από το εάν ένα βιομόριο είναι αρκετά ευέλικτο ώστε να ευθυγραμμίζει τα θετικά φορτισμένα συστατικά του με τα αρνητικά φορτισμένα ορυκτά αργίλου.
Εκτός από το ηλεκτροστατικό φορτίο και τα δομικά χαρακτηριστικά των βιομορίων, τα φυσικά μεταλλικά συστατικά στο έδαφος βρέθηκε ότι παίζουν σημαντικό ρόλο στη δέσμευση μέσω του σχηματισμού γεφυρών. Για παράδειγμα, θετικά φορτισμένα μαγνήσιο και ασβέστιο, σχημάτισαν μια γέφυρα μεταξύ των αρνητικά φορτισμένων βιομορίων και των ορυκτών αργίλου για να δημιουργήσουν έναν δεσμό που υποδηλώνει ότι τα φυσικά μεταλλικά συστατικά στο έδαφος μπορούν να διευκολύνουν την παγίδευση άνθρακα στο έδαφος.
Από την άλλη πλευρά, η ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ των ίδιων των βιομορίων επηρέασε δυσμενώς τη δέσμευση. Στην πραγματικότητα, η ενέργεια έλξης μεταξύ βιομορίων βρέθηκε να είναι υψηλότερη από την ενέργεια έλξης ενός βιομορίου προς το ορυκτό αργίλου. Αυτό σήμαινε μειωμένη προσρόφηση βιομορίων στον πηλό. Έτσι, ενώ η παρουσία θετικά φορτισμένων μεταλλικών ιόντων στα εδάφη ευνοούσε την παγίδευση άνθρακα, το ηλεκτροστατικό ζευγάρωμα μεταξύ βιομορίων ανέστειλε την προσρόφηση των βιομορίων στα ορυκτά αργίλου.
Αυτά τα νέα ευρήματα για το πώς οργανικές τα βιομόρια άνθρακα που συνδέονται με τα ορυκτά αργίλου στο έδαφος θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην κατάλληλη τροποποίηση της χημείας του εδάφους για να ευνοηθεί η παγίδευση άνθρακα, ανοίγοντας έτσι τον δρόμο για λύσεις με βάση το έδαφος για της κλιματικής αλλαγής.
***
αναφορές:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et αϊ. Παγκόσμια Δυνατότητα δέσμευσης αυξημένου οργανικού άνθρακα σε καλλιεργήσιμα εδάφη. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et αϊ. Η πρωτοβουλία 4p1000: Ευκαιρίες, περιορισμοί και προκλήσεις για την εφαρμογή της δέσμευσης οργανικού άνθρακα στο έδαφος ως στρατηγική αειφόρου ανάπτυξης. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS και Aristilde L., 2024. Ηλεκτροστατική σύζευξη και γεφύρωση νερού στην ιεραρχία προσρόφησης βιομορίων σε διεπαφές νερού-πηλού. PNAS. 8 Φεβρουαρίου 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
