Yeni bir çalışma, topraktaki biyomoleküller ile kil mineralleri arasındaki etkileşimleri inceledi ve bitki bazlı karbonun toprakta tutulmasını etkileyen faktörlere ışık tuttu. Biyomoleküller ve kil mineralleri üzerindeki yükün, biyomoleküllerin yapısının, topraktaki doğal metal bileşenlerinin ve biyomoleküller arasındaki eşleşmenin topraktaki karbonun tutulmasında anahtar rol oynadığı bulunmuştur. Topraklarda pozitif yüklü metal iyonlarının varlığı karbon tutulmasını desteklerken, biyomoleküller arasındaki elektrostatik eşleşme, biyomoleküllerin kil minerallerine adsorpsiyonunu engelledi. Bulgular, topraktaki karbonu hapsetmede en etkili toprak kimyasını tahmin etmede yardımcı olabilir ve bu da atmosferdeki karbonu azaltmak ve küresel ısınmaya karşı toprak bazlı çözümlerin önünü açabilir. iklim değişikliği.
Karbon döngüsü, karbonun atmosferden Dünya üzerindeki bitki ve hayvanlara ve tekrar atmosfere hareketini içerir. Okyanus, atmosfer ve canlı organizmalar, karbon döngüsünün gerçekleştiği ana rezervuarlar veya yutaklardır. Çok karbon kayalarda, çökeltilerde ve toprakta depolanır/tutulur. Kayalardaki ve çökeltilerdeki ölü organizmalar milyonlarca yıl içinde fosil yakıtlara dönüşebilir. Fosil yakıtların enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla yakılması, atmosfere büyük miktarda karbon salımına yol açarak, atmosferik karbon dengesini bozarak küresel ısınmaya ve bunun sonucunda ortaya çıkan olumsuz sonuçlara katkıda bulunmuştur. iklim değişikliği.
Küresel ısınmayı 1.5 yılına kadar sanayi öncesi seviyelere kıyasla 2050°C ile sınırlamak için çaba sarf ediliyor. Küresel ısınmayı 1.5°C ile sınırlamak için sera gazı emisyonlarının 2025'ten önce zirveye ulaşması ve 2030'a kadar yarıya indirilmesi gerekiyor. Ancak son küresel stok sayımı dünyanın bu yüzyılın sonuna kadar sıcaklık artışını 1.5°C ile sınırlama yolunda olmadığını ortaya koydu. Geçiş, 43 yılına kadar sera gazı emisyonunda mevcut hedefler çerçevesinde küresel ısınmayı sınırlayabilecek %2030'lük bir azalmayı başarmaya yetecek kadar hızlı değil.
Bu bağlamda toprağın rolü organik karbon (SOC) içinde iklim değişikliği hem küresel ısınmaya tepki olarak potansiyel bir karbon emisyon kaynağı hem de atmosferik karbonun doğal bir kaynağı olarak önem kazanıyor.
Tarihsel karbon yüküne (yani sanayi devriminin başladığı 1,000'den bu yana yaklaşık 1750 milyar ton karbon emisyonu) rağmen, küresel sıcaklıktaki herhangi bir artış, atmosferdeki topraktan daha fazla karbon salma potansiyeline sahiptir, dolayısıyla mevcut karbonun korunması zorunluluğu vardır. toprak karbon stokları.
Bir lavabo olarak toprak organik karbon
Toprak hâlâ Dünya'nın (okyanustan sonra) ikinci büyük yutağıdır. organik karbon. Atmosferde tutulan miktarın yaklaşık on katı olan yaklaşık 2,500 milyar ton karbon barındırıyor, ancak atmosferik karbonu ayrıştırma konusunda henüz kullanılmamış çok büyük bir potansiyele sahip. Ekili alanlar 0.90 ila 1.85 petagram arasında tuzak kurabilir (1 Pg = 1015 Gram) yıllık karbon (Pg C) miktarı, bu da hedefin yaklaşık %26-53'ü kadardır.4 Girişimi başına 1000” (yani, ayakta duran küresel toprağın yıllık %0.4 büyüme oranı) organik Karbon stokları, atmosferdeki karbon emisyonundaki mevcut artışı dengeleyebilir ve karbon emisyonlarının karşılanmasına katkıda bulunabilir. iklim hedef). Bununla birlikte, bitki bazlı balıkların tuzağa düşürülmesini etkileyen faktörlerin etkileşimi organik topraktaki madde çok iyi anlaşılmamıştır.
Karbonun toprakta kilitlenmesini neler etkiler?
Yeni bir çalışma, bitki bazlı olup olmadığını neyin belirlediğine ışık tutuyor organik Madde toprağa girdiğinde sıkışıp kalacak ya da sonunda mikropları besleyip karbonu CO şeklinde atmosfere geri mi gönderecek?2. Biyomoleküller ile kil mineralleri arasındaki etkileşimlerin incelenmesinin ardından araştırmacılar, biyomoleküller ve kil mineralleri üzerindeki yükün, biyomoleküllerin yapısının, topraktaki doğal metal bileşenlerinin ve biyomoleküller arasındaki eşleşmenin topraktaki karbon tutulmasında anahtar rol oynadığını buldu.
Kil mineralleri ve bireysel biyomoleküller arasındaki etkileşimlerin incelenmesi, bağlanmanın öngörülebilir olduğunu ortaya çıkardı. Kil mineralleri negatif yüklü olduğundan, pozitif yüklü bileşenlere (lizin, histidin ve treonin) sahip biyomoleküller güçlü bağlanma yaşadı. Bağlanma aynı zamanda bir biyomolekülün pozitif yüklü bileşenlerini negatif yüklü kil mineralleriyle hizalayacak kadar esnek olup olmadığından da etkilenir.
Elektrostatik yük ve biyomoleküllerin yapısal özelliklerinin yanı sıra topraktaki doğal metal bileşenlerin de köprü oluşumu yoluyla bağlanmada önemli rol oynadığı tespit edildi. Örneğin, pozitif yüklü magnezyum ve kalsiyum, negatif yüklü biyomoleküller ile kil mineralleri arasında bir köprü oluşturarak bir bağ oluşturdu ve topraktaki doğal metal bileşenlerin toprakta karbon tutulmasını kolaylaştırabileceğini düşündürdü.
Öte yandan biyomoleküllerin kendi aralarındaki elektrostatik çekim, bağlanmayı olumsuz yönde etkiledi. Aslında biyomoleküller arasındaki çekim enerjisinin, bir biyomolekülün kil mineraline olan çekim enerjisinden daha yüksek olduğu bulunmuştur. Bu, biyomoleküllerin kile adsorpsiyonunun azalması anlamına geliyordu. Böylece, topraktaki pozitif yüklü metal iyonlarının varlığı karbonun tutulmasını kolaylaştırırken, biyomoleküller arasındaki elektrostatik eşleşme, biyomoleküllerin kil minerallerine adsorpsiyonunu engelledi.
Bu yeni bulgular nasıl organik Topraktaki kil minerallerine bağlanan karbon biyomolekülleri, toprak kimyasını karbon yakalamayı destekleyecek şekilde değiştirmeye yardımcı olabilir, böylece toprak bazlı çözümlerin önünü açabilir. iklim değişikliği.
***
Referanslar:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. ve diğerleri. Ekili Topraklarda Artan Organik Karbonun Küresel Tutulma Potansiyeli. Bilim Temsilcisi 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. ve diğerleri. 4p1000 girişimi: Sürdürülebilir bir kalkınma stratejisi olarak toprakta organik karbon tutumunun uygulanmasına yönelik fırsatlar, sınırlamalar ve zorluklar. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS ve Aristilde L., 2024. Su-kil arayüzlerinde biyomoleküllerin adsorpsiyon hiyerarşisinde elektrostatik bağlanma ve su köprüsü. PNAS. 8 Şubat 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
