Jaunā pētījumā tika pētīta mijiedarbība starp biomolekulām un māla minerāliem augsnē un noskaidroti faktori, kas ietekmē augu izcelsmes oglekļa slazdošanu augsnē. Tika konstatēts, ka lādiņam uz biomolekulām un māla minerāliem, biomolekulu struktūrai, dabīgām metāla sastāvdaļām augsnē un biomolekulu savienojumam ir galvenā loma oglekļa sekvestrācijā augsnē. Lai gan pozitīvi lādētu metālu jonu klātbūtne augsnēs veicināja oglekļa uztveršanu, elektrostatiskā savienošana starp biomolekulām kavēja biomolekulu adsorbciju māla minerālos. Rezultāti varētu būt noderīgi, lai prognozētu augsnes ķīmiskās īpašības, kas ir visefektīvākās oglekļa uztveršanā augsnē, kas savukārt varētu pavērt ceļu uz augsni balstītiem risinājumiem oglekļa samazināšanai atmosfērā un globālajai sasilšanai un klimata pārmaiņas.
Oglekļa cikls ietver oglekļa pārvietošanos no atmosfēras uz augiem un dzīvniekiem uz Zemes un atpakaļ atmosfērā. Okeāns, atmosfēra un dzīvie organismi ir galvenie rezervuāri vai izlietnes, caur kurām cirkulē ogleklis. Daudz ogleklis tiek uzglabāts/sekvestrēts iežos, nogulumos un augsnēs. Mirušie organismi akmeņos un nogulumos var kļūt par fosilo kurināmo miljoniem gadu. Dedzinot fosilo kurināmo, lai apmierinātu enerģijas vajadzības, atmosfērā izdalās liels daudzums oglekļa, kas ir izgāzis atmosfēras oglekļa līdzsvaru un veicinājis globālo sasilšanu un līdz ar to. klimata pārmaiņas.
Tiek pieliktas pūles, lai līdz 1.5. gadam globālo sasilšanu ierobežotu līdz 2050°C salīdzinājumā ar pirmsindustriālā laikmeta līmeni. Lai ierobežotu globālo sasilšanu līdz 1.5°C, siltumnīcefekta gāzu emisijām ir jāsasniedz maksimums līdz 2025. gadam un jāsamazina uz pusi līdz 2030. gadam. Tomēr nesenais globālais novērtējums atklāja, ka pasaule nav uz pareizā ceļa, lai līdz šī gadsimta beigām ierobežotu temperatūras pieaugumu līdz 1.5°C. Pāreja nav pietiekami ātra, lai līdz 43. gadam panāktu siltumnīcefekta gāzu emisiju samazinājumu par 2030 %, kas varētu ierobežot globālo sasilšanu pašreizējo mērķu ietvaros.
Šajā kontekstā augsnes loma organiskais ogleklis (SOC) iekšā klimata pārmaiņas kļūst arvien svarīgāks gan kā potenciāls oglekļa emisiju avots, reaģējot uz globālo sasilšanu, gan kā dabiska atmosfēras oglekļa piesaiste.
Neraugoties uz vēsturisko mantoto oglekļa slodzi (ti, aptuveni 1,000 miljardu tonnu oglekļa emisija kopš 1750. gada, kad sākās rūpnieciskā revolūcija), neskatoties uz to, jebkura globālās temperatūras paaugstināšanās var izdalīt vairāk oglekļa no augsnes atmosfērā, tāpēc ir nepieciešams saglabāt esošo. augsnes oglekļa krājumi.
Augsne kā izlietne bioloģisks ogleklis
Augsne joprojām ir Zemes otra lielākā (pēc okeāna) iegrimes bioloģisks ogleklis. Tajā ir aptuveni 2,500 miljardi tonnu oglekļa, kas ir aptuveni desmit reizes lielāks nekā atmosfērā, tomēr tai ir milzīgs neizmantots atmosfēras oglekļa piesaistes potenciāls. Aramzemes varētu notvert no 0.90 līdz 1.85 petagramām (1 Pg = 1015 grami) oglekļa (Pg C) gadā, kas ir aptuveni 26–53% no mērķa "4 uz 1000 iniciatīvu” (tas ir, 0.4% gada pieauguma temps no pastāvīgās globālās augsnes bioloģisks oglekļa krājumi var kompensēt pašreizējo oglekļa emisiju pieaugumu atmosfērā un veicināt atbilstību klimats mērķis). Tomēr to faktoru mijiedarbība, kas ietekmē augu bāzes slazdošanu bioloģisks viela augsnē nav ļoti labi saprotama.
Kas ietekmē oglekļa bloķēšanu augsnē
Jauns pētījums atklāj, kas nosaka, vai tas ir uz augu bāzes bioloģisks viela tiks iesprostota, kad tā nonāks augsnē vai arī tā galu galā baros ar mikrobiem un atgriezīs oglekli atmosfērā CO veidā2. Pēc biomolekulu un māla minerālu mijiedarbības izpētes pētnieki atklāja, ka lādiņam uz biomolekulām un māla minerāliem, biomolekulu struktūrai, dabīgām metāla sastāvdaļām augsnē un biomolekulu savienošanai ir galvenā loma oglekļa sekvestrācijā augsnē.
Pārbaudot mijiedarbību starp māla minerāliem un atsevišķām biomolekulām, atklājās, ka saistīšanās bija paredzama. Tā kā māla minerāli ir negatīvi lādēti, biomolekulas ar pozitīvi lādētām sastāvdaļām (lizīns, histidīns un treonīns) spēcīgi saistījās. Saistīšanu ietekmē arī tas, vai biomolekula ir pietiekami elastīga, lai tās pozitīvi lādētās sastāvdaļas saskaņotu ar negatīvi lādētajiem māla minerāliem.
Papildus elektrostatiskajam lādiņam un biomolekulu strukturālajām iezīmēm tika konstatēts, ka dabiskajām metālu sastāvdaļām augsnē ir svarīga loma saistīšanā, veidojot tiltus. Piemēram, pozitīvi lādētais magnijs un kalcijs veidoja tiltu starp negatīvi lādētajām biomolekulām un māla minerāliem, lai izveidotu saiti, kas liecina, ka augsnē esošās dabiskās metāla sastāvdaļas var atvieglot oglekļa uztveršanu augsnē.
No otras puses, elektrostatiskā pievilcība starp pašām biomolekulām negatīvi ietekmēja saistīšanos. Faktiski tika konstatēts, ka pievilkšanās enerģija starp biomolekulām ir augstāka nekā biomolekulas pievilkšanās enerģija māla minerālam. Tas nozīmēja samazinātu biomolekulu adsorbciju māliem. Tādējādi, lai gan pozitīvi lādētu metālu jonu klātbūtne augsnēs veicināja oglekļa uztveršanu, elektrostatiskā savienošana starp biomolekulām kavēja biomolekulu adsorbciju māla minerālos.
Šie jaunie atklājumi par to, kā bioloģisks oglekļa biomolekulas saistās ar māla minerāliem augsnē, var palīdzēt mainīt augsnes ķīmiskās īpašības, lai veicinātu oglekļa uztveršanu, tādējādi paverot ceļu uz augsni balstītiem risinājumiem klimata pārmaiņas.
***
Norādes:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Zomer, R. et al. Palielināta organiskā oglekļa globālās sekvestrācijas potenciāls aramzemes augsnēs. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Iniciatīva 4p1000: iespējas, ierobežojumi un izaicinājumi, lai īstenotu augsnes organiskā oglekļa piesaisti kā ilgtspējīgas attīstības stratēģiju. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS un Aristilde L., 2024. Elektrostatiskā savienošana un ūdens tilts biomolekulu adsorbcijas hierarhijā ūdens un māla saskarnēs. PNAS. 8. gada 2024.121. februāris. 7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
