Către soluții bazate pe sol pentru schimbările climatice 

Un nou studiu a examinat interacțiunile dintre biomolecule și mineralele argiloase din sol și a făcut lumină asupra factorilor care influențează captarea carbonului pe bază de plante în sol. S-a descoperit că încărcarea biomoleculelor și a mineralelor argiloase, structura biomoleculelor, constituenții metalici naturali din sol și împerecherea dintre biomolecule joacă roluri cheie în sechestrarea carbonului în sol. În timp ce prezența ionilor metalici încărcați pozitiv în sol a favorizat captarea carbonului, împerecherea electrostatică dintre biomolecule a inhibat adsorbția biomoleculelor la mineralele argiloase. Descoperirile ar putea fi utile în prezicerea chimiei solului cel mai eficient în captarea carbonului în sol, care, la rândul său, ar putea deschide calea pentru soluții bazate pe sol pentru reducerea carbonului în atmosferă și pentru încălzirea globală și schimbarea climei.   

Ciclul carbonului implică mișcarea carbonului din atmosferă în plante și animale de pe Pământ și înapoi în atmosferă. Oceanul, atmosfera și organismele vii sunt principalele rezervoare sau chiuvete prin care circulă carbonul. Multe carbon este depozitat/sechestrat în roci, sedimente și soluri. Organismele moarte din roci și sedimente pot deveni combustibili fosili de-a lungul a milioane de ani. Arderea combustibililor fosili pentru a satisface nevoile energetice eliberează o cantitate mare de carbon în atmosferă, ceea ce a înclinat balanța de carbon din atmosferă și a contribuit la încălzirea globală și, în consecință, schimbarea climei.  

Se fac eforturi pentru a limita încălzirea globală la 1.5°C în comparație cu nivelurile preindustriale până în 2050. Pentru a limita încălzirea globală la 1.5°C, emisiile de gaze cu efect de seră trebuie să atingă vârful înainte de 2025 și să fie reduse la jumătate până în 2030. Cu toate acestea, recentul bilanț global a a dezvăluit că lumea nu este pe cale să limiteze creșterea temperaturii la 1.5°C până la sfârșitul acestui secol. Tranziția nu este suficient de rapidă pentru a obține o reducere cu 43% a emisiilor de gaze cu efect de seră până în 2030, care ar putea limita încălzirea globală în cadrul ambițiilor actuale. 

În acest context, rolul solului carbon organic (SOC) în schimbarea climei câștigă importanță atât ca sursă potențială de emisie de carbon ca răspuns la încălzirea globală, cât și ca un absorbant natural de carbon atmosferic.  

În ciuda încărcăturii moștenite istorice de carbon (adică, emisia a aproximativ 1,000 de miliarde de tone de carbon din 1750, când a început revoluția industrială), orice creștere a temperaturii globale are potențialul de a elibera mai mult carbon din sol în atmosferă, de unde imperativul de a conserva stocurile de carbon din sol.   

Solul ca o chiuvetă de organic carbon 

Solul este încă al doilea cel mai mare bazin al Pământului (după ocean). organic carbon. Deține aproximativ 2,500 de miliarde de tone de carbon, ceea ce reprezintă de aproximativ zece ori cantitatea deținută în atmosferă, dar are un potențial uriaș neexploatat de a capta carbonul atmosferic. Terenurile cultivate ar putea prinde între 0.90 și 1.85 petagrame (1 Pg = 10¹⁵ grame) de carbon (Pg C) pe an, ceea ce reprezintă aproximativ 26–53% din ținta „4 la 1000 de inițiativă” (adică rata de creștere anuală de 0.4% a solului global în picioare organic Stocurile de carbon pot compensa creșterea actuală a emisiilor de carbon în atmosferă și pot contribui la îndeplinirea climă ţintă). Cu toate acestea, interacțiunea factorilor care influențează capcanele pe bază de plante organic materia din sol nu este foarte bine înțeleasă. 

Ce influențează blocarea carbonului în sol  

Un nou studiu aruncă lumină asupra a ceea ce determină dacă o bază de plante organic materia va fi prinsă atunci când intră în sol sau dacă va ajunge să hrănească microbi și să returneze carbonul în atmosferă sub formă de CO₂. În urma examinării interacțiunilor dintre biomolecule și mineralele argiloase, cercetătorii au descoperit că încărcarea biomoleculelor și a mineralelor argiloase, structura biomoleculelor, constituenții metalici naturali din sol și împerecherea dintre biomolecule joacă un rol cheie în sechestrarea carbonului din sol.  

Examinarea interacțiunilor dintre mineralele de argilă și biomoleculele individuale a arătat că legarea era previzibilă. Deoarece mineralele de argilă sunt încărcate negativ, biomoleculele cu componente încărcate pozitiv (lizină, histidină și treonină) au experimentat o legare puternică. Legarea este, de asemenea, influențată de faptul dacă o biomoleculă este suficient de flexibilă pentru a-și alinia componentele încărcate pozitiv cu mineralele de argilă încărcate negativ.  

Pe lângă sarcina electrostatică și caracteristicile structurale ale biomoleculelor, s-a constatat că constituenții metalici naturali din sol joacă un rol important în legarea prin formarea punților. De exemplu, magneziul și calciul încărcate pozitiv au format o punte între biomoleculele încărcate negativ și mineralele argiloase pentru a crea o legătură care sugerează că constituenții metalici naturali din sol pot facilita captarea carbonului în sol.  

Pe de altă parte, atracția electrostatică dintre biomolecule a avut un impact negativ asupra legării. De fapt, s-a constatat că energia de atracție dintre biomolecule este mai mare decât energia de atracție a unei biomolecule către mineralul argilos. Aceasta a însemnat o adsorbție scăzută a biomoleculelor la argilă. Astfel, în timp ce prezența ionilor metalici încărcați pozitiv în sol a favorizat captarea carbonului, împerecherea electrostatică între biomolecule a inhibat adsorbția biomoleculelor la mineralele argiloase.  

Aceste noi descoperiri despre cum organic biomoleculele de carbon se leagă de mineralele argiloase din sol ar putea ajuta la modificarea chimiei solului în mod adecvat pentru a favoriza captarea carbonului, deschizând astfel calea pentru soluții bazate pe sol pentru schimbarea climei. 

*** 

Referinte:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Potențialul global de sechestrare a carbonului organic crescut în solurile cultivate. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Inițiativa 4p1000: Oportunități, limitări și provocări pentru implementarea captării carbonului organic din sol ca strategie de dezvoltare durabilă. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS și Aristilde L., 2024. Cuplarea electrostatică și puntea apei în ierarhia de adsorbție a biomoleculelor la interfețele apă-argilă. PNAS. 8 februarie 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***