До вирішення проблеми зміни клімату на основі грунту 

Нове дослідження вивчило взаємодію між біомолекулами та глинистими мінералами в ґрунті та пролило світло на фактори, які впливають на захоплення рослинного вуглецю в ґрунті. Було виявлено, що заряд біомолекул і глинистих мінералів, структура біомолекул, природні металеві компоненти в ґрунті та сполучення між біомолекулами відіграють ключову роль у секвестрації вуглецю в ґрунті. У той час як присутність позитивно заряджених іонів металів у ґрунті сприяла захопленню вуглецю, електростатичне сполучення між біомолекулами перешкоджало адсорбції біомолекул на глинистих мінералах. Отримані результати можуть бути корисними для прогнозування хімічних складів ґрунту, які є найбільш ефективними для утримання вуглецю в ґрунті, що, у свою чергу, може прокласти шлях до грунтових рішень для зменшення вуглецю в атмосфері та глобального потепління та 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 зберігається/поглинається в скелях, відкладеннях і ґрунтах. Мертві організми в скелях і відкладеннях можуть стати викопним паливом протягом мільйонів років. Спалювання викопного палива для задоволення енергетичних потреб призводить до вивільнення великої кількості вуглецю в атмосферу, що порушило баланс вуглецю в атмосфері та сприяло глобальному потеплінню та, як наслідок, 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. 

Саме в цьому контексті роль ґрунту органічний вуглець (SOC) в зміни клімату набуває значення як потенційне джерело викидів вуглецю у відповідь на глобальне потепління, так і як природний поглинач атмосферного вуглецю.  

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.   

Грунт як раковина органічний вуглець 

Ґрунт залишається другим за величиною (після океану) поглиначем органічний вуглець. Він містить близько 2,500 мільярдів тонн вуглецю, що приблизно в десять разів перевищує кількість, що міститься в атмосфері, але він має величезний невикористаний потенціал поглинання атмосферного вуглецю. Орні землі можуть затримувати від 0.90 до 1.85 петаграма (1 Pg = 10¹⁵ грамів) вуглецю (Pg C) на рік, що становить приблизно 26–53% від цілі «4 за Ініціативу 1000” (тобто 0.4% річних темпів росту стоячого глобального ґрунту органічний Запаси вуглецю можуть компенсувати поточне збільшення викидів вуглецю в атмосферу та сприяти задоволенню клімат мета). Однак взаємодія факторів, що впливають на відлов рослинних рослин органічний речовини в ґрунті не дуже добре вивчені. 

Що впливає на утримання вуглецю в ґрунті  

Нове дослідження проливає світло на те, що визначає рослинність органічний речовина потрапить у пастку, коли потрапить у ґрунт, чи буде годувати мікроби та повертати вуглець в атмосферу у формі 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.  

Ці нові відкриття про те, як органічний Біомолекули вуглецю, що зв’язуються з глинистими мінералами в ґрунті, можуть допомогти змінити хімічний склад ґрунту належним чином для сприяння уловлюванню вуглецю, таким чином прокладаючи шлях для рішень на основі ґрунту для 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  

***