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 تغییر آب و هوا.
چرخه کربن شامل حرکت کربن از جو به گیاهان و حیوانات روی زمین و بازگشت به جو است. اقیانوس، جو و موجودات زنده مخازن یا غرق‌های اصلی هستند که کربن از طریق آنها چرخه می‌کند. بسیاری از کربن 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 تغییر آب و هوا.
تلاش‌هایی برای محدود کردن گرمایش جهانی به 1.5 درجه سانتیگراد در مقایسه با سطوح پیش از صنعتی شدن تا سال 2050 انجام می‌شود. برای محدود کردن گرمایش جهانی به 1.5 درجه سانتیگراد، انتشار گازهای گلخانه‌ای باید قبل از سال 2025 به اوج خود برسد و تا سال 2030 به نصف کاهش یابد. نشان داد که جهان در مسیر محدود کردن افزایش دما به 1.5 درجه سانتیگراد تا پایان این قرن نیست. این انتقال به اندازه کافی سریع نیست که تا سال 43 به کاهش 2030 درصدی در انتشار گازهای گلخانه ای دست یابد که می تواند گرمایش جهانی را در چارچوب جاه طلبی های فعلی محدود کند.
It is in this context that the role of soil کربن آلی (SOC) in تغییر آب و هوا 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.
بار میراث تاریخی کربن (یعنی انتشار حدود 1,000 میلیارد تن کربن از سال 1750 زمانی که انقلاب صنعتی شروع شد) با وجود این، هر گونه افزایش دمای جهانی پتانسیل انتشار کربن بیشتری از خاک در جو را دارد، بنابراین حفظ ذرات موجود ضروری است. ذخایر کربن خاک
Soil as a sink of سازمانی کربن
Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of سازمانی 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 گرم) کربن (Pg C) در سال، که حدود 26-53٪ از هدف "4 در هر 1000 ابتکار” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil سازمانی carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the اقلیم target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based سازمانی matter in the soil is not very well understood.
چه چیزی بر قفل شدن کربن در خاک تأثیر می گذارد
A new study sheds light on what determines whether a plant-based سازمانی 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. پس از بررسی برهمکنش‌های بین مولکول‌های زیستی و کانی‌های رسی، محققان دریافتند که بار روی مولکول‌های زیستی و کانی‌های رسی، ساختار زیست‌مولکول‌ها، ترکیبات فلزی طبیعی در خاک و جفت شدن بین زیست‌مولکول‌ها نقش کلیدی در جداسازی کربن در خاک دارند.
بررسی فعل و انفعالات بین مواد معدنی خاک رس و بیومولکول های فردی نشان داد که اتصال قابل پیش بینی بود. از آنجایی که مواد معدنی خاک رس دارای بار منفی هستند، مولکول های زیستی با اجزای بار مثبت (لیزین، هیستیدین و ترئونین) اتصال قوی را تجربه کردند. اتصال همچنین تحت تأثیر این است که آیا یک مولکول زیستی به اندازه کافی انعطاف پذیر است تا اجزای دارای بار مثبت خود را با مواد معدنی رسی با بار منفی هماهنگ کند.
علاوه بر بار الکترواستاتیکی و ویژگی‌های ساختاری مولکول‌های زیستی، ترکیبات فلزی طبیعی در خاک نقش مهمی در اتصال از طریق تشکیل پل دارند. به عنوان مثال، منیزیم و کلسیم با بار مثبت، پلی را بین مولکول‌های زیستی با بار منفی و مواد معدنی رس تشکیل دادند تا پیوندی ایجاد کنند که نشان می‌دهد ترکیبات فلزی طبیعی در خاک می‌توانند به دام انداختن کربن در خاک کمک کنند.
از سوی دیگر، جاذبه الکترواستاتیکی بین خود مولکول‌های زیستی بر اتصال تأثیر منفی گذاشت. در واقع، انرژی جذب بین مولکول‌های زیستی بیشتر از انرژی جذب یک مولکول زیستی به کانی رسی بود. این به معنای کاهش جذب مولکول های زیستی به خاک رس بود. بنابراین، در حالی که حضور یون‌های فلزی با بار مثبت در خاک به دام انداختن کربن کمک می‌کند، جفت شدن الکترواستاتیک بین مولکول‌های زیستی، جذب مولکول‌های زیستی به کانی‌های رسی را مهار می‌کند.
These new findings about how سازمانی 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 تغییر آب و هوا.
***
منابع:
- Zomer، RJ، Bossio، DA، Sommer، R. و همکاران. پتانسیل ترسیب جهانی افزایش کربن آلی در خاک های زراعی. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- رامپل، سی.، امیراصلانی، اف.، چنو، سی و همکاران. ابتکار 4p1000: فرصت ها، محدودیت ها و چالش ها برای اجرای ترسیب کربن آلی خاک به عنوان یک استراتژی توسعه پایدار. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- وانگ جی.، ویلسون RS، و آریستیلد ال.، 2024. جفت شدن الکترواستاتیک و پل زدن آب در سلسله مراتب جذب مولکول های زیستی در رابط های آب و خاک رس. PNAS. 8 فوریه 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
