Op pad na grondgebaseerde oplossing vir klimaatsverandering 

’n Nuwe studie het interaksies tussen biomolekules en kleiminerale in die grond ondersoek en lig gewerp op faktore wat die vasvang van plantgebaseerde koolstof in die grond beïnvloed. Daar is gevind dat lading op biomolekules en kleiminerale, struktuur van biomolekules, natuurlike metaalbestanddele in die grond en paring tussen biomolekules sleutelrolle speel in die sekwestrasie van koolstof in die grond. Terwyl die teenwoordigheid van positief gelaaide metaalione in die gronde koolstofvaslegging bevoordeel het, het die elektrostatiese paring tussen biomolekules adsorpsie van biomolekules aan die kleiminerale belemmer. Die bevindinge kan nuttig wees in die voorspelling van grondchemie wat die doeltreffendste is om koolstof in grond vas te vang, wat op sy beurt die weg kan baan vir grondgebaseerde oplossings vir die vermindering van koolstof in die atmosfeer en vir aardverwarming en klimaatverandering.   

Die koolstofsiklus behels die beweging van koolstof vanaf die atmosfeer na plante en diere op die Aarde en terug na die atmosfeer. Oseaan, atmosfeer en lewende organismes is hoofreservoirs of sinke waardeur koolstof siklusse. Baie koolstof word in rotse, sedimente en gronde gestoor/gesekwestreer. Die dooie organismes in gesteentes en sedimente kan oor miljoene jare fossielbrandstowwe word. Verbranding van die fossielbrandstowwe om aan energiebehoeftes te voldoen, stel groot hoeveelhede koolstof in die atmosfeer vry wat die atmosferiese koolstofbalans laat kantel het en bygedra het tot aardverwarming en gevolglike klimaatverandering.  

Pogings word aangewend om aardverwarming te beperk tot 1.5°C in vergelyking met voor-industriële vlakke teen 2050. Om aardverwarming tot 1.5°C te beperk, moet kweekhuisgasvrystellings 'n hoogtepunt bereik voor 2025 en teen 2030 gehalveer word. Die onlangse globale voorraadopname het egter het aan die lig gebring dat die wêreld nie op koers is om temperatuurstyging teen die einde van hierdie eeu tot 1.5°C te beperk nie. Die oorgang is nie vinnig genoeg om 43% vermindering in kweekhuisgasvrystelling teen 2030 te bereik wat aardverwarming binne die huidige ambisies kan beperk nie. 

Dit is in hierdie konteks dat die rol van grond organiese koolstof (SOC) in klimaatverandering word belangriker as 'n potensiële bron van koolstofvrystelling in reaksie op aardverwarming sowel as 'n natuurlike sink van atmosferiese koolstof.  

Ten spyte van die historiese erfenislading van koolstof (dws vrystelling van ongeveer 1,000 1750 miljard ton koolstof sedert XNUMX toe die industriële rewolusie begin het), het enige toename in globale temperatuur die potensiaal om meer koolstof uit die grond in die atmosfeer vry te stel, vandaar die noodsaaklikheid om die bestaande te bewaar. grond koolstofvoorraad.   

Grond as 'n opwasbak van organiese koolstof 

Grond is steeds die aarde se tweede grootste (naas oseaan) sink van organiese koolstof. Dit hou ongeveer 2,500 0.90 miljard ton koolstof, wat ongeveer tien keer die hoeveelheid in die atmosfeer is, maar dit het 'n groot onontginde potensiaal om atmosferiese koolstof te sekwestreer. Gewaslande kan tussen 1.85 en 1 petagram vasvang (10 Pg = XNUMX¹⁵ gram) koolstof (Pg C) per jaar, wat ongeveer 26–53% van die teiken van die “4 per 1000-inisiatief” (dit wil sê 0.4% jaarlikse groeikoers van die staande globale grond organiese koolstofvoorrade kan die huidige toename in koolstofvrystelling in die atmosfeer verreken en bydra om die klimaat teiken). Maar die wisselwerking van faktore wat vang van plant-gebaseerde organiese materie in die grond word nie baie goed verstaan ​​nie. 

Wat die sluiting van koolstof in die grond beïnvloed  

'n Nuwe studie werp lig op wat bepaal of 'n plant-gebaseerde organiese Materie sal vasgevang word wanneer dit die grond binnedring en of dit uiteindelik mikrobes sal voed en koolstof in die vorm van CO na die atmosfeer sal terugstuur.₂. Na ondersoek van interaksies tussen biomolekules en kleiminerale, het die navorsers bevind dat lading op biomolekules en kleiminerale, struktuur van biomolekules, natuurlike metaalbestanddele in die grond en paring tussen biomolekules sleutelrolle speel in die sekwestrasie van koolstof in die grond.  

Ondersoek van interaksies tussen kleiminerale en individuele biomolekules het aan die lig gebring dat die binding voorspelbaar was. Aangesien kleiminerale negatief gelaai is, het biomolekules met positief gelaaide komponente (lisien, histidien en treonien) sterk binding ervaar. Die binding word ook beïnvloed deur of 'n biomolekule buigsaam genoeg is om sy positief gelaaide komponente in lyn te bring met die negatief gelaaide kleiminerale.  

Benewens elektrostatiese lading en die strukturele kenmerke van die biomolekules, is gevind dat die natuurlike metaalbestanddele in die grond 'n belangrike rol speel in binding deur brugvorming. Positief gelaaide magnesium en kalsium het byvoorbeeld 'n brug gevorm tussen die negatief gelaaide biomolekules en kleiminerale om 'n binding te skep wat daarop dui dat natuurlike metaalbestanddele in die grond koolstofvaslegging in die grond kan vergemaklik.  

Aan die ander kant het elektrostatiese aantrekking tussen biomolekules self die binding nadelig beïnvloed. Trouens, die aantrekkingsenergie tussen biomolekules is hoër as die aantrekkingsenergie van 'n biomolekule na die kleimineraal. Dit het verminderde adsorpsie van biomolekules aan die klei beteken. Dus, terwyl die teenwoordigheid van positief gelaaide metaalione in die gronde koolstofvaslegging bevoordeel het, het die elektrostatiese paring tussen biomolekules adsorpsie van biomolekules aan die kleiminerale belemmer.  

Hierdie nuwe bevindinge oor hoe organiese koolstofbiomolekules wat aan die kleiminerale in die grond bind, kan help om die grondchemie gepas te verander om koolstofvanging te bevorder, en sodoende die weg baan vir grondgebaseerde oplossings vir klimaatverandering. 

*** 

Verwysings:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Globale sekwestrasiepotensiaal van verhoogde organiese koolstof in gewaslandgronde. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Die 4p1000-inisiatief: Geleenthede, beperkings en uitdagings vir die implementering van grond-organiese koolstofsekwestrasie as 'n volhoubare ontwikkelingstrategie. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS, en Aristilde L., 2024. Elektrostatiese koppeling en wateroorbrugging in adsorpsiehiërargie van biomolekules by water-klei-koppelvlakke. PNAS. 8 Februarie 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***