Προς λύση με βάση το έδαφος για την κλιματική αλλαγή 

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 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 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 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. 

It is in this context that the role of soil οργανικός άνθρακας (SOC) in της κλιματικής αλλαγής 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.  

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.   

Soil as a sink of οργανικές άνθρακας 

Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of οργανικές carbon. It holds about 2,500 billion tons of carbon which is about ten times the amount held in the atmosphere, yet it has huge untapped potential to sequester atmospheric carbon. Croplands could trap between 0.90 and 1.85 petagrams (1 Pg = 10¹⁵ γραμμάρια άνθρακα (Pg C) ετησίως, που είναι περίπου 26–53% του στόχου του «4 ανά 1000 Πρωτοβουλία” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil οργανικές carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the κλίμα target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based οργανικές matter in the soil is not very well understood. 

Τι επηρεάζει το κλείδωμα του άνθρακα στο έδαφος  

A new study sheds light on what determines whether a plant-based οργανικές matter will be trapped when it enters soil or whether it will end up feeding microbes and return carbon to the atmosphere in the form of 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.  

These new findings about how οργανικές 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 της κλιματικής αλλαγής. 

*** 

αναφορές:  

1. 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 

2. 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  

3. 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  

***