Către soluții bazate pe sol pentru schimbările climatice 

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 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 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 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. 

It is in this context that the role of soil carbon organic (SOC) in schimbarea climei 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.  

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.   

Soil as a sink of organic carbon 

Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of organic carbon. It holds about 2,500 billion tons of carbon which is about ten times the amount held in the atmosphere, yet it has huge untapped potential to sequester atmospheric carbon. Croplands could trap between 0.90 and 1.85 petagrams (1 Pg = 10¹⁵ grame) de carbon (Pg C) pe an, ceea ce reprezintă aproximativ 26–53% din ținta „4 la 1000 de inițiativă” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil organic carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the climă target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based organic matter in the soil is not very well understood. 

Ce influențează blocarea carbonului în sol  

A new study sheds light on what determines whether a plant-based organic matter will be trapped when it enters soil or whether it will end up feeding microbes and return carbon to the atmosphere in the form of 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.  

These new findings about how organic 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 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  

***