En ny studie undersøkte interaksjoner mellom biomolekyler og leirmineraler i jorda og belyste faktorer som påvirker fangst av plantebasert karbon i jorda. Det ble funnet at ladning på biomolekyler og leirmineraler, struktur av biomolekyler, naturlige metallbestanddeler i jorda og sammenkobling mellom biomolekyler spiller nøkkelroller i binding av karbon i jorda. Mens tilstedeværelsen av positivt ladede metallioner i jorda favoriserte karbonfangst, hemmet den elektrostatiske sammenkoblingen mellom biomolekyler adsorpsjon av biomolekyler til leirmineralene. Funnene kan være nyttige for å forutsi jordkjemi som er mest effektiv for å fange karbon i jord, som igjen kan bane vei for jordbaserte løsninger for å redusere karbon i atmosfæren og for global oppvarming og 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 er lagret/sekvestrert i bergarter, sedimenter og jord. De døde organismene i bergarter og sedimenter kan bli fossilt brensel over millioner av år. Forbrenning av fossilt brensel for å dekke energibehov frigjør store mengder karbon i atmosfæren som har svekket den atmosfæriske karbonbalansen og bidratt til global oppvarming og påfølgende 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) i Klima forandringer får stadig større betydning både som en potensiell kilde til karbonutslipp som svar på global oppvarming, så vel som en naturlig synke av atmosfærisk karbon.
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 karbonlagre kan oppveie den nåværende økningen i karbonutslipp i atmosfæren og bidra til å møte klima mål). Men samspillet mellom faktorer som påvirker fangst av plantebasert 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 karbonbiomolekyler binder seg til leirmineralene i jorda kan bidra til å modifisere jordkjemien på passende måte for å favorisere karbonfangst, og dermed bane vei for jordbaserte løsninger 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
***
