W kierunku rozwiązań opartych na glebie w zakresie zmian klimatycznych 

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 zmiany klimatyczne.   

Cykl węglowy obejmuje przemieszczanie się węgla z atmosfery do roślin i zwierząt na Ziemi oraz z powrotem do atmosfery. Ocean, atmosfera i organizmy żywe to główne zbiorniki lub pochłaniacze, przez które krąży węgiel. Dużo węgiel 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 zmiany klimatyczne.  

Podejmowane są wysiłki, aby do 1.5 r. ograniczyć globalne ocieplenie do 2050°C w porównaniu z poziomem przedindustrialnym. Aby ograniczyć globalne ocieplenie do 1.5°C, emisje gazów cieplarnianych muszą osiągnąć szczyt przed 2025 r. i zmniejszyć się o połowę do 2030 r. Jednakże niedawny światowy przegląd wykazał, że ujawniło, że świat nie jest na dobrej drodze do ograniczenia wzrostu temperatury do 1.5°C do końca tego stulecia. Transformacja nie jest wystarczająco szybka, aby osiągnąć 43% redukcję emisji gazów cieplarnianych do 2030 r., co mogłoby ograniczyć globalne ocieplenie w ramach obecnych ambicji. 

It is in this context that the role of soil węgiel organiczny (SOC) in zmiany klimatyczne 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.  

Niezależnie od historycznego ładunku węgla (tj. emisji około 1,000 1750 miliardów ton węgla od XNUMX r., kiedy rozpoczęła się rewolucja przemysłowa), każdy wzrost globalnej temperatury może potencjalnie spowodować uwolnienie większej ilości węgla z gleby do atmosfery, dlatego konieczne jest zachowanie istniejących zasoby węgla w glebie.   

Soil as a sink of organiczny węgiel 

Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of organiczny 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 gramów) węgla (Pg C) rocznie, co stanowi około 26–53% docelowej wartości „4 zgodnie z inicjatywą 1000” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil organiczny carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the klimat target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based organiczny matter in the soil is not very well understood. 

Co wpływa na blokowanie węgla w glebie  

A new study sheds light on what determines whether a plant-based organiczny 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. Po zbadaniu interakcji między biomolekułami i minerałami ilastymi naukowcy odkryli, że ładunek biomolekuł i minerałów ilastych, struktura biomolekuł, naturalne składniki metali w glebie i parowanie między biomolekułami odgrywają kluczową rolę w sekwestracji węgla w glebie.  

Badanie interakcji między minerałami ilastymi a poszczególnymi biomolekułami wykazało, że wiązanie było przewidywalne. Ponieważ minerały ilaste są naładowane ujemnie, biocząsteczki zawierające dodatnio naładowane składniki (lizyna, histydyna i treonina) uległy silnemu wiązaniu. Na wiązanie wpływa również to, czy biocząsteczka jest wystarczająco elastyczna, aby dopasować swoje dodatnio naładowane składniki do ujemnie naładowanych minerałów ilastych.  

Oprócz ładunku elektrostatycznego i cech strukturalnych biomolekuł, odkryto, że naturalne składniki metali w glebie odgrywają ważną rolę w wiązaniu poprzez tworzenie mostków. Na przykład dodatnio naładowany magnez i wapń utworzyły pomost między ujemnie naładowanymi biocząsteczkami a minerałami ilastymi, tworząc wiązanie, co sugeruje, że naturalne składniki metali w glebie mogą ułatwiać wychwytywanie węgla w glebie.  

Z drugiej strony przyciąganie elektrostatyczne między samymi biomolekułami niekorzystnie wpływało na wiązanie. W rzeczywistości stwierdzono, że energia przyciągania między biocząsteczkami jest wyższa niż energia przyciągania biocząsteczki do minerału ilastego. Oznaczało to zmniejszoną adsorpcję biomolekuł na glinie. Tak więc, chociaż obecność dodatnio naładowanych jonów metali w glebie sprzyjała wychwytywaniu węgla, parowanie elektrostatyczne między biocząsteczkami hamowało adsorpcję biomolekuł do minerałów ilastych.  

These new findings about how organiczny 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 zmiany klimatyczne. 

*** 

Referencje:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. i in. Globalny potencjał sekwestracji zwiększonego węgla organicznego w glebach uprawnych. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. i in. Inicjatywa 4p1000: Szanse, ograniczenia i wyzwania związane z wdrażaniem sekwestracji węgla organicznego w glebie jako strategii zrównoważonego rozwoju. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS i Aristilde L., 2024. Sprzężenie elektrostatyczne i mostki wodne w hierarchii adsorpcji biomolekuł na granicy faz woda–glina. PNAS. 8 lutego 2024.121 r.7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***