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 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 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 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) in loftslagsbreytingar 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.
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 carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the loftslag target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based 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 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 loftslagsbreytingar.
***
Tilvísanir:
- 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
- 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
- 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
***
