به سوی راه حل مبتنی بر خاک برای تغییر آب و هوا 

یک مطالعه جدید برهمکنش‌های بین مولکول‌های زیستی و مواد معدنی رسی را در خاک بررسی کرد و عواملی را که بر به دام افتادن کربن گیاهی در خاک تأثیر می‌گذارند، روشن کرد. مشخص شد که بار روی مولکول‌های زیستی و کانی‌های خاک رس، ساختار زیست مولکول‌ها، ترکیبات فلزی طبیعی در خاک و جفت شدن بین بیومولکول‌ها نقش کلیدی در جداسازی کربن در خاک دارند. در حالی که حضور یون‌های فلزی با بار مثبت در خاک به دام انداختن کربن کمک می‌کند، جفت شدن الکترواستاتیک بین زیست‌مولکول‌ها جذب مولکول‌های زیستی به کانی‌های رسی را مهار می‌کند. این یافته‌ها می‌تواند در پیش‌بینی شیمی خاک که بیشترین تاثیر را در به دام انداختن کربن در خاک دارد، کمک کند که به نوبه خود، می‌تواند راه را برای راه‌حل‌های مبتنی بر خاک برای کاهش کربن در جو و گرمایش جهانی و نیز هموار کند. 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 در سنگ‌ها، رسوبات و خاک‌ها ذخیره می‌شود. موجودات مرده در سنگ ها و رسوبات ممکن است طی میلیون ها سال به سوخت های فسیلی تبدیل شوند. سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای تامین نیازهای انرژی، مقدار زیادی کربن در جو آزاد می‌کند که تعادل کربن اتمسفر را مختل کرده و به گرمایش جهانی و در نتیجه کمک می‌کند. 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. 

در این زمینه است که نقش خاک کربن آلی (SOC) در تغییر آب و هوا هم به عنوان منبع بالقوه انتشار کربن در پاسخ به گرمایش جهانی و هم به عنوان یک غرق طبیعی کربن اتمسفر اهمیت پیدا می کند.  

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   

خاک به عنوان سینک از سازمانی کربن 

خاک هنوز دومین غرق بزرگ زمین (بعد از اقیانوس) است سازمانی کربن. حدود 2,500 میلیارد تن کربن دارد که حدود ده برابر مقدار موجود در اتمسفر است، با این حال پتانسیل زیادی برای جذب کربن اتمسفر دارد. زمین های زراعی می توانند بین 0.90 تا 1.85 پتاگرم را به دام بیندازند (1 صفحه = 10¹⁵ گرم) کربن (Pg C) در سال، که حدود 26-53٪ از هدف "4 در هر 1000 ابتکار(یعنی نرخ رشد سالانه 0.4 درصد خاک ایستاده جهانی سازمانی ذخایر کربن می‌تواند افزایش کنونی انتشار کربن در جو را جبران کند و به برآورده کردن آن کمک کند اقلیم هدف). با این حال، تأثیر متقابل عوامل مؤثر بر به دام انداختن گیاهان گیاهی سازمانی ماده موجود در خاک به خوبی درک نشده است. 

چه چیزی بر قفل شدن کربن در خاک تأثیر می گذارد  

یک مطالعه جدید روشن می کند که چه چیزی تعیین می کند که آیا گیاهی است یا خیر سازمانی هنگامی که ماده وارد خاک می شود یا اینکه در نهایت باعث تغذیه میکروب ها می شود و کربن را به شکل CO به اتمسفر باز می گرداند به دام می افتد.₂. 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.  

این یافته های جدید در مورد چگونگی سازمانی اتصال مولکول های زیستی کربن به مواد معدنی رسی موجود در خاک می تواند به اصلاح شیمی خاک به طور مناسب کمک کند تا به دام انداختن کربن کمک کند، بنابراین راه را برای راه حل های مبتنی بر خاک هموار می کند. تغییر آب و هوا. 

*** 

منابع:  

1. 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 

2. 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  

3. 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  

***