До вирішення проблеми зміни клімату на основі грунту 

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 зміни клімату.   

Кругообіг вуглецю включає переміщення вуглецю з атмосфери в рослини і тварин на Землі і назад в атмосферу. Океан, атмосфера та живі організми є основними резервуарами або поглиначами, через які відбувається кругообіг вуглецю. Багато вуглець 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 зміни клімату.  

Вживаються зусилля, щоб обмежити глобальне потепління до 1.5°C порівняно з доіндустріальним рівнем до 2050 року. Щоб обмежити глобальне потепління до 1.5°C, викиди парникових газів мають досягти піку до 2025 року та скоротитись вдвічі до 2030 року. Однак останні глобальні підсумки показали, показало, що світ не на шляху до обмеження підвищення температури до 1.5°C до кінця цього століття. Перехід недостатньо швидкий, щоб досягти 43% скорочення викидів парникових газів до 2030 року, що могло б обмежити глобальне потепління в рамках поточних амбіцій. 

It is in this context that the role of soil органічний вуглець (SOC) in зміни клімату 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.  

Незважаючи на історичне навантаження вуглецю (тобто викиди близько 1,000 мільярдів тонн вуглецю з 1750 року, коли почалася промислова революція), будь-яке підвищення глобальної температури може призвести до вивільнення більшої кількості вуглецю з ґрунту в атмосферу, отже необхідно зберегти існуючий запаси вуглецю в ґрунті.   

Soil as a sink of органічний вуглець 

Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of органічний 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 грамів) вуглецю (Pg C) на рік, що становить приблизно 26–53% від цілі «4 за Ініціативу 1000” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil органічний carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the клімат target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based органічний matter in the soil is not very well understood. 

Що впливає на утримання вуглецю в ґрунті  

A new study sheds light on what determines whether a plant-based органічний 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. Вивчивши взаємодію між біомолекулами та глинистими мінералами, дослідники виявили, що заряд біомолекул і глинистих мінералів, структура біомолекул, природні металеві компоненти в ґрунті та з’єднання між біомолекулами відіграють ключову роль у секвестрації вуглецю в ґрунті.  

Вивчення взаємодії між глинистими мінералами та окремими біомолекулами показало, що зв’язування було передбачуваним. Оскільки глинисті мінерали негативно заряджені, біомолекули з позитивно зарядженими компонентами (лізин, гістидин і треонін) сильно зв’язуються. На зв’язування також впливає те, чи є біомолекула достатньо гнучкою, щоб вирівняти свої позитивно заряджені компоненти з негативно зарядженими глинистими мінералами.  

Окрім електростатичного заряду та структурних особливостей біомолекул, було виявлено, що природні металеві складові в ґрунті відіграють важливу роль у зв’язуванні шляхом утворення містків. Наприклад, позитивно заряджені магній і кальцій утворили місток між негативно зарядженими біомолекулами та глинистими мінералами для створення зв’язку, що свідчить про те, що природні металеві компоненти в ґрунті можуть сприяти уловлюванню вуглецю в ґрунті.  

З іншого боку, електростатичне притягання між самими біомолекулами негативно вплинуло на зв’язування. Фактично було виявлено, що енергія тяжіння між біомолекулами вища, ніж енергія тяжіння біомолекули до глинистого мінералу. Це означало зниження адсорбції біомолекул на глині. Таким чином, у той час як присутність позитивно заряджених іонів металів у ґрунті сприяла захопленню вуглецю, електростатичне сполучення між біомолекулами перешкоджало адсорбції біомолекул на глинистих мінералах.  

These new findings about how органічний 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 зміни клімату. 

*** 

Список використаної літератури:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. та ін. Глобальний потенціал секвестрації підвищеного органічного вуглецю в ґрунтах орних земель. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. та ін. Ініціатива 4p1000: можливості, обмеження та виклики для впровадження поглинання органічного вуглецю в ґрунті як стратегії сталого розвитку. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS, and Aristilde L., 2024. Електростатичний зв’язок і водні мости в адсорбційній ієрархії біомолекул на межі розділу вода–глина. PNAS. 8 лютого 2024.121 р. 7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***