Нова студија је испитала интеракције између биомолекула и минерала глине у земљишту и расветлила факторе који утичу на хватање угљеника биљног порекла у тлу. Утврђено је да наелектрисање биомолекула и минерала глине, структура биомолекула, састојци природних метала у земљишту и упаривање између биомолекула играју кључну улогу у секвестрацији угљеника у земљишту. Док је присуство позитивно наелектрисаних металних јона у земљишту погодовало хватању угљеника, електростатичко упаривање између биомолекула инхибира адсорпцију биомолекула на минерале глине. Налази би могли бити од помоћи у предвиђању хемије земљишта најефикасније у хватању угљеника у тлу, што би заузврат могло отворити пут за решења заснована на тлу за смањење угљеника у атмосфери и за глобално загревање и климатске промене.
Циклус угљеника укључује кретање угљеника из атмосфере у биљке и животиње на Земљи и назад у атмосферу. Океан, атмосфера и живи организми су главни резервоари или понори кроз које кружи угљеник. Много угљеник се складишти/секвестрира у стенама, седиментима и земљишту. Мртви организми у стенама и седиментима могу постати фосилна горива током милиона година. Сагоревањем фосилних горива ради задовољења енергетских потреба ослобађа се велика количина угљеника у атмосфери што је преокренуло атмосферски баланс угљеника и допринело глобалном загревању и последичним климатске промене.
Улажу се напори да се глобално загревање ограничи на 1.5°Ц у поређењу са прединдустријским нивоима до 2050. Да би се глобално загревање ограничило на 1.5°Ц, емисије гасова стаклене баште морају достићи врхунац пре 2025. и бити преполовљене до 2030. Међутим, недавна глобална анализа је открили да свет није на путу да ограничи пораст температуре на 1.5°Ц до краја овог века. Транзиција није довољно брза да постигне смањење емисије гасова стаклене баште за 43% до 2030. године, што би могло ограничити глобално загревање у оквиру тренутних амбиција.
Управо у том контексту улога тла органски угљеник (СОЦ) у климатске промене добија на значају и као потенцијални извор емисије угљеника као одговор на глобално загревање, као и као природни понор атмосферског угљеника.
Без обзира на историјско наслеђе угљеника (тј. емисија од око 1,000 милијарди тона угљеника од 1750. године када је почела индустријска револуција), свако повећање глобалне температуре има потенцијал да ослободи више угљеника из тла у атмосфери, па је стога императив очувања постојећег. залихе угљеника у земљишту.
Земљиште као судопер за органски угљеник
Тло је и даље други највећи Земљин понор (после океана). органски угљеник. Садржи око 2,500 милијарди тона угљеника, што је око десет пута више од количине садржане у атмосфери, али ипак има огроман неискоришћени потенцијал за издвајање атмосферског угљеника. Пољопривредна земљишта могу да заробе између 0.90 и 1.85 петаграма (1 Пг = 1015 грама) угљеника (Пг Ц) годишње, што је око 26–53% циља „4 на 1000 иницијатива” (односно 0.4% годишње стопе раста постојећег глобалног тла органски залихе угљеника могу надокнадити тренутно повећање емисије угљеника у атмосферу и допринети испуњавању клима циљ). Међутим, међуигра фактора који утичу на хватање биљака на бази органски материја у земљишту није добро схваћена.
Шта утиче на закључавање угљеника у земљишту
Нова студија баца светло на оно што одређује да ли се заснива на биљци органски материја ће бити заробљена када уђе у тло или ће на крају хранити микробе и вратити угљеник у атмосферу у облику ЦО2. Након испитивања интеракција између биомолекула и минерала глине, истраживачи су открили да набој на биомолекулима и минералима глине, структура биомолекула, састојци природних метала у тлу и упаривање између биомолекула играју кључну улогу у секвестрацији угљеника у земљишту.
Испитивање интеракција између минерала глине и појединачних биомолекула открило је да је везивање било предвидљиво. Пошто су минерали глине негативно наелектрисани, биомолекули са позитивно наелектрисаним компонентама (лизин, хистидин и треонин) су имали снажно везивање. На везивање такође утиче да ли је биомолекул довољно флексибилан да усклади своје позитивно наелектрисане компоненте са негативно наелектрисаним минералима глине.
Поред електростатичког наелектрисања и структурних карактеристика биомолекула, утврђено је да природни метални састојци у земљишту играју важну улогу у везивању кроз формирање мостова. На пример, позитивно наелектрисани магнезијум и калцијум, формирали су мост између негативно наелектрисаних биомолекула и минерала глине како би створили везу што сугерише да природни метални састојци у тлу могу олакшати хватање угљеника у тлу.
С друге стране, електростатичка привлачност између самих биомолекула је негативно утицала на везивање. У ствари, утврђено је да је енергија привлачења између биомолекула већа од енергије привлачења биомолекула према минералу глине. То је значило смањену адсорпцију биомолекула на глину. Дакле, док присуство позитивно наелектрисаних металних јона у земљишту фаворизује хватање угљеника, електростатичко упаривање између биомолекула инхибира адсорпцију биомолекула на минерале глине.
Ова нова сазнања о томе како органски биомолекули угљеника који се везују за минерале глине у тлу могли би да помогну модификовању хемије земљишта на одговарајући начин како би се фаворизовао хватање угљеника, чиме би се отворио пут за решења заснована на земљишту за климатске промене.
***
Референце:
- Зомер, РЈ, Боссио, ДА, Соммер, Р. ет ал. Потенцијал глобалне секвестрације повећаног органског угљеника у земљиштима усјева. Сци Реп 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Румпел, Ц., Амираслани, Ф., Цхену, Ц. ет ал. Иницијатива 4п1000: Могућности, ограничења и изазови за имплементацију секвестрације органског угљеника у земљишту као стратегије одрживог развоја. Амбио 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Ванг Ј., Вилсон РС и Аристилде Л., 2024. Електростатичко спајање и премошћивање воде у адсорпционој хијерархији биомолекула на интерфејсу вода-глина. ПНАС. 8. фебруар 2024.121. 7 (2316569121) еXNUMX. ДОИ: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
