A new study examined interactions between biomolecules and clay minerals in the soil and shed light on factors that influence trapping of plant-based carbon in the soil. It was found that charge on biomolecules and clay minerals, structure of biomolecules, natural metal constituents in the soil and pairing between biomolecules play key roles in sequestration of carbon in the soil. While presence of positively charged metal ions in the soils favoured carbon trapping, the electrostatic pairing between biomolecules inhibited adsorption of biomolecules to the clay minerals. The findings could be helpful in predicting soil chemistries most effective in trapping carbon in soil which in turn, could pave way for soil-based solutions for reducing carbon in atmosphere and for global warming and Klima forandringer.
Karbonsyklusen innebærer bevegelse av karbon fra atmosfæren til planter og dyr på jorden og tilbake til atmosfæren. Hav, atmosfære og levende organismer er hovedreservoarer eller synker som karbon sykluser gjennom. Masse karbon is stored/sequestrated in rocks, sediments and soils. The dead organisms in rocks and sediments may become fossil fuels over millions of years. Burning of the fossil fuels to meet energy needs release large amount of carbon in the atmosphere which has tipped the atmospheric carbon balance and contributed to global warming and consequent Klima forandringer.
Det arbeides for å begrense den globale oppvarmingen til 1.5°C sammenlignet med førindustrielle nivåer innen 2050. For å begrense den globale oppvarmingen til 1.5°C må klimagassutslippene nå toppen før 2025 og halveres innen 2030. Den nylige globale oversikten har imidlertid avslørte at verden ikke er på vei til å begrense temperaturøkningen til 1.5 °C innen slutten av dette århundret. Overgangen er ikke rask nok til å oppnå 43 % reduksjon i klimagassutslipp innen 2030 som kan begrense global oppvarming innenfor dagens ambisjoner.
Det er i denne sammenhengen rollen til jord organisk karbon (SOC) in Klima forandringer is gaining importance both as a potential source of carbon emission in response to global warming as well as a natural sink of atmospheric carbon.
Til tross for den historiske arven av karbon (dvs. utslipp av ca. 1,000 milliarder tonn karbon siden 1750 da den industrielle revolusjonen startet), har enhver økning i global temperatur potensial til å frigjøre mer karbon fra jord i atmosfæren, og derfor er det nødvendig å bevare den eksisterende karbonlagre i jorda.
Jord som en vask av organisk karbon
Jordsmonnet er fortsatt jordens nest største (etter havets) synke organisk karbon. Den inneholder rundt 2,500 milliarder tonn karbon, som er omtrent ti ganger mengden som holdes i atmosfæren, men den har et enormt uutnyttet potensial for å binde atmosfærisk karbon. Avlingsland kan fange mellom 0.90 og 1.85 petagram (1 Pg = 1015 gram) karbon (Pg C) per år, som er omtrent 26–53 % av målet for "4 per 1000-initiativ” (det vil si 0.4 % årlig vekstrate av den stående globale jorda organisk carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the klima target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based organisk materie i jorda er ikke særlig godt forstått.
Hva påvirker låsing av karbon i jorda
En ny studie belyser hva som avgjør om en plantebasert organisk stoff vil bli fanget når det kommer ned i jord eller om det vil ende opp med å mate mikrober og returnere karbon til atmosfæren i form av CO2. Etter undersøkelse av interaksjoner mellom biomolekyler og leirmineraler, fant forskerne at ladning på biomolekyler og leirmineraler, strukturen til biomolekyler, naturlige metallbestanddeler i jorda og sammenkobling mellom biomolekyler spiller nøkkelroller i binding av karbon i jorda.
Undersøkelse av interaksjoner mellom leirmineraler og individuelle biomolekyler viste at bindingen var forutsigbar. Siden leirmineraler er negativt ladet, opplevde biomolekyler med positivt ladede komponenter (lysin, histidin og treonin) sterk binding. Bindingen påvirkes også av hvorvidt et biomolekyl er fleksibelt nok til å justere de positivt ladede komponentene med de negativt ladede leirmineralene.
I tillegg til elektrostatisk ladning og de strukturelle egenskapene til biomolekylene, ble de naturlige metallbestanddelene i jorda funnet å spille en viktig rolle i binding gjennom brodannelse. For eksempel dannet positivt ladet magnesium og kalsium en bro mellom de negativt ladede biomolekylene og leirmineralene for å skape en binding som antyder at naturlige metallbestanddeler i jorda kan lette karbonfangst i jorda.
På den annen side påvirket elektrostatisk tiltrekning mellom selve biomolekylene bindingen negativt. Faktisk ble tiltrekningsenergien mellom biomolekyler funnet å være høyere enn tiltrekningsenergien til et biomolekyl til leirmineralet. Dette betydde redusert adsorpsjon av biomolekyler til leiren. Selv om tilstedeværelsen av positivt ladede metallioner i jorda favoriserte karbonfangst, hemmet den elektrostatiske sammenkoblingen mellom biomolekyler adsorpsjon av biomolekyler til leirmineralene.
Disse nye funnene om hvordan organisk carbon biomolecules bind to the clay minerals in the soil could help modify the soil chemistries suitably to favour carbon trapping, thus pave way for soil-based solutions for Klima forandringer.
***
Referanser:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Globalt bindingspotensiale for økt organisk karbon i jordsmonn i jordbruksmark. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. 4p1000-initiativet: Muligheter, begrensninger og utfordringer for å implementere organisk karbonbinding i jord som en bærekraftig utviklingsstrategi. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS og Aristilde L., 2024. Elektrostatisk kobling og vannbro i adsorpsjonshierarki av biomolekyler ved grensesnitt mellom vann og leire. PNAS. 8. februar 2024.121 (7) e2316569121. GJØR JEG: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
