Í átt að jarðvegsbundinni lausn fyrir loftslagsbreytingar 

Ný rannsókn kannaði víxlverkun lífsameinda og leirsteinda í jarðveginum og varpaði ljósi á þætti sem hafa áhrif á gildrun plöntubundins kolefnis í jarðveginum. Í ljós kom að hleðsla á lífsameindum og leirsteinefnum, uppbygging lífsameinda, náttúruleg málmefni í jarðvegi og pörun á milli lífsameinda gegna lykilhlutverki við bindingu kolefnis í jarðvegi. Þó að tilvist jákvætt hlaðna málmjóna í jarðveginum studdi kolefnisgildrun, hamlaði rafstöðueiginleiki pörun milli lífsameinda aðsog lífsameinda að leirsteinefnum. Niðurstöðurnar gætu verið gagnlegar við að spá fyrir um efnafræði jarðvegs sem skilvirkust til að fanga kolefni í jarðvegi sem aftur gæti rutt brautina fyrir jarðvegsbundnar lausnir til að draga úr kolefni í andrúmslofti og fyrir hlýnun jarðar og loftslagsbreytingar.   

Kolefnishringrásin felur í sér flutning kolefnis úr andrúmsloftinu yfir í plöntur og dýr á jörðinni og aftur út í andrúmsloftið. Haf, andrúmsloft og lífverur eru helstu uppistöðulón eða vaskur sem kolefnishringrásir fara í gegnum. Mikið af kolefni er geymt/bundið í steinum, seti og jarðvegi. Dauðu lífverurnar í steinum og setlögum geta orðið jarðefnaeldsneyti á milljónum ára. Brennsla jarðefnaeldsneytisins til að mæta orkuþörf losar mikið magn af kolefni í andrúmsloftinu sem hefur breytt kolefnisjafnvægi andrúmsloftsins og stuðlað að hlýnun jarðar og þar af leiðandi loftslagsbreytingar.  

Unnið er að því að takmarka hlýnun jarðar við 1.5°C miðað við það sem var fyrir iðnbyltingu árið 2050. Til að takmarka hlýnun jarðar við 1.5°C þarf losun gróðurhúsalofttegunda að ná hámarki fyrir 2025 og minnka um helming fyrir árið 2030. Hins vegar hefur nýleg heimsvísu leiddi í ljós að heimurinn er ekki á leiðinni til að takmarka hitahækkun við 1.5°C fyrir lok þessarar aldar. Umskiptin eru ekki nógu hröð til að ná 43% minnkun í losun gróðurhúsalofttegunda fyrir árið 2030 sem gæti takmarkað hlýnun jarðar innan núverandi metnaðar. 

Það er í þessu samhengi sem hlutverk jarðvegs lífrænt kolefni (SOC) í loftslagsbreytingar er að öðlast mikilvægi bæði sem möguleg uppspretta kolefnislosunar til að bregðast við hlýnun jarðar sem og náttúrulegur vaskur kolefnis í andrúmsloftinu.  

Söguleg arfleifð kolefnis (þ.e. losun um 1,000 milljarða tonna af kolefni síðan 1750 þegar iðnbyltingin hófst) þrátt fyrir, hefur hvers kyns hækkun á hitastigi jarðar tilhneigingu til að losa meira kolefni úr jarðvegi í andrúmsloftinu og þess vegna er nauðsynlegt að varðveita núverandi kolefnisbirgðir jarðvegs.   

Jarðvegur sem vaskur af lífræn kolefni 

Jarðvegur er enn næststærsti sökk jarðar (á eftir hafinu). lífræn kolefni. Það geymir um 2,500 milljarða tonna af kolefni sem er um það bil tíu sinnum meira magn í andrúmsloftinu, en það hefur mikla ónýtta möguleika til að binda kolefni í andrúmsloftinu. Ræktunarlönd gætu fangað á milli 0.90 og 1.85 petagrams (1 Pg = 10¹⁵ grömm) af kolefni (Pg C) á ári, sem er um 26–53% af markmiði „4 af hverjum 1000 frumkvæði“ (þ.e. 0.4% árlegur vöxtur hins standandi jarðvegs á heimsvísu lífræn Kolefnisbirgðir geta vegið upp á móti núverandi aukningu á kolefnislosun í andrúmsloftinu og stuðlað að því að mæta þeim loftslag skotmark). Hins vegar, samspil þátta sem hafa áhrif á gildrun á plöntu-undirstaða lífræn efni í jarðvegi er ekki mjög vel skilið. 

Hvað hefur áhrif á læsingu kolefnis í jarðvegi  

Ný rannsókn varpar ljósi á hvað ræður því hvort plöntu byggir lífræn efni verður föst þegar það fer í jarðveg eða hvort það endar með því að fæða örverur og skila kolefni út í andrúmsloftið í formi CO₂. Eftir athugun á víxlverkunum milli lífsameinda og leirsteinda komust vísindamennirnir að því að hleðsla á lífsameindum og leirsteinefnum, uppbygging lífsameinda, náttúruleg málmefni í jarðvegi og pörun milli lífsameinda gegna lykilhlutverki í bindingu kolefnis í jarðvegi.  

Athugun á samskiptum leirsteinda og einstakra lífsameinda leiddi í ljós að bindingin var fyrirsjáanleg. Þar sem leirsteinefni eru neikvætt hlaðin, upplifðu lífsameindir með jákvætt hlaðna efni (lýsín, histidín og þreónín) sterka bindingu. Bindingin er einnig undir áhrifum af því hvort lífsameind sé nógu sveigjanleg til að samræma jákvætt hlaðna þætti sína við neikvætt hlaðna leirsteinefnin.  

Auk rafstöðuhleðslu og byggingareinkenna lífsameindanna reyndust náttúrulegu málmefnin í jarðveginum gegna mikilvægu hlutverki í bindingu með brúarmyndun. Til dæmis mynduðu jákvætt hlaðið magnesíum og kalsíum brú á milli neikvætt hlaðna lífsameindanna og leirsteinefna til að búa til tengsl sem bendir til þess að náttúruleg málmefni í jarðveginum geti auðveldað kolefnisfestingu í jarðveginum.  

Aftur á móti hafði rafstöðueiginleikar á milli lífsameinda sjálfra áhrif á bindinguna. Reyndar reyndist aðdráttarorka á milli lífsameinda vera hærri en aðdráttarorka lífsameindar að leirsteinefninu. Þetta þýddi minnkað aðsog lífsameinda að leirnum. Þannig að á meðan tilvist jákvætt hlaðna málmjóna í jarðveginum studdi kolefnisfestingu, hindraði rafstöðueiginleiki pörunin milli lífsameinda aðsog lífsameinda að leirsteinefnum.  

Þessar nýju niðurstöður um hvernig lífræn kolefnislífsameindir bindast leirsteinefnum jarðvegsins gætu hjálpað til við að breyta efnafræði jarðvegsins á viðeigandi hátt til að stuðla að kolefnisbindingu og þannig rutt brautina fyrir jarðvegsbundnar lausnir fyrir loftslagsbreytingar. 

*** 

Tilvísanir:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. o.fl. Alheimsbindingarmöguleiki aukins lífræns kolefnis í jarðvegi ræktunarlands. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. o.fl. 4p1000 frumkvæði: Tækifæri, takmarkanir og áskoranir til að innleiða lífræna kolefnisbindingu jarðvegs sem sjálfbæra þróunarstefnu. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS og Aristilde L., 2024. Rafstöðutenging og vatnsbrú í aðsogsstigveldi lífsameinda við vatn-leir tengi. PNAS. 8. febrúar 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***