Nova študija je preučila interakcije med biomolekulami in glinenimi minerali v tleh ter osvetlila dejavnike, ki vplivajo na lovljenje rastlinskega ogljika v tleh. Ugotovljeno je bilo, da imajo naboj na biomolekulah in mineralih gline, struktura biomolekul, naravne kovinske sestavine v tleh in parjenje med biomolekulami ključno vlogo pri sekvestraciji ogljika v tleh. Medtem ko je prisotnost pozitivno nabitih kovinskih ionov v tleh spodbujala lovljenje ogljika, je elektrostatično združevanje med biomolekulami zaviralo adsorpcijo biomolekul na minerale gline. Ugotovitve bi lahko bile v pomoč pri napovedovanju kemije tal, ki je najučinkovitejša pri lovljenju ogljika v tleh, kar bi posledično lahko utrlo pot rešitvam, ki temeljijo na tleh, za zmanjšanje ogljika v ozračju ter za globalno segrevanje in sprememba podnebja.
Kroženje ogljika vključuje gibanje ogljika iz ozračja v rastline in živali na Zemlji ter nazaj v ozračje. Ocean, atmosfera in živi organizmi so glavni rezervoarji ali ponori, skozi katere kroži ogljik. Veliko ogljika je shranjen/sekvestriran v kamninah, sedimentih in tleh. Mrtvi organizmi v kamninah in sedimentih lahko čez milijone let postanejo fosilna goriva. Izgorevanje fosilnih goriv za zadovoljevanje potreb po energiji sprošča veliko količino ogljika v ozračje, kar je spremenilo ravnovesje ogljika v ozračju in prispevalo k globalnemu segrevanju in posledično sprememba podnebja.
Prizadevajo si omejiti globalno segrevanje na 1.5 °C v primerjavi s predindustrijskimi ravnmi do leta 2050. Da bi omejili globalno segrevanje na 1.5 °C, morajo emisije toplogrednih plinov doseči vrhunec pred letom 2025 in se prepoloviti do leta 2030. Vendar je nedavna globalna ocena stanja je razkrilo, da svet ni na dobri poti, da do konca tega stoletja omeji dvig temperature na 1.5 °C. Prehod ni dovolj hiter, da bi dosegli 43-odstotno zmanjšanje emisij toplogrednih plinov do leta 2030, kar bi lahko omejilo globalno segrevanje v okviru trenutnih ambicij.
V tem kontekstu je vloga tal organski ogljik (SOC) v sprememba podnebja postaja vse pomembnejši tako kot potencialni vir emisij ogljika kot odgovor na globalno segrevanje kot tudi kot naravni ponor atmosferskega ogljika.
Ne glede na zgodovinsko zapuščino obremenitve ogljika (tj. emisije približno 1,000 milijard ton ogljika od leta 1750, ko se je začela industrijska revolucija), lahko kakršno koli povišanje globalne temperature sprošča več ogljika iz tal v ozračje, zato je nujno ohraniti obstoječe zaloge ogljika v tleh.
Tla kot ponor organsko ogljika
Tla so še vedno drugi največji ponor (za oceanom) na Zemlji organsko ogljik. Vsebuje približno 2,500 milijard ton ogljika, kar je približno desetkratna količina, ki jo vsebuje ozračje, vendar ima ogromen neizkoriščen potencial za sekvestracijo atmosferskega ogljika. Obdelovalne površine lahko ujamejo med 0.90 in 1.85 petagrama (1 Pg = 1015 gramov) ogljika (Pg C) na leto, kar je približno 26–53 % cilja "4 na pobudo 1000” (to je 0.4-odstotna letna stopnja rasti stoječe svetovne zemlje organsko zaloge ogljika lahko izravnajo trenutno povečanje emisij ogljika v ozračje in prispevajo k izpolnjevanju podnebne cilj). Vendar pa medsebojno delovanje dejavnikov, ki vplivajo na lov rastlinskega izvora organsko snov v tleh ni dobro razumljena.
Kaj vpliva na zapiranje ogljika v tleh
Nova študija osvetljuje, kaj določa, ali rastlinski organsko snov bo ujeta, ko bo vstopila v zemljo ali bo na koncu nahranila mikrobe in vrnila ogljik v ozračje v obliki CO2. Po pregledu interakcij med biomolekulami in glinenimi minerali so raziskovalci ugotovili, da imajo naboj na biomolekulah in glinenih mineralih, struktura biomolekul, naravne kovinske sestavine v tleh in združevanje med biomolekulami ključno vlogo pri sekvestraciji ogljika v tleh.
Preiskava interakcij med minerali gline in posameznimi biomolekulami je pokazala, da je bila vezava predvidljiva. Ker so glineni minerali negativno nabiti, so bile biomolekule s pozitivno nabitimi komponentami (lizin, histidin in treonin) močno vezane. Na vezavo vpliva tudi to, ali je biomolekula dovolj prožna, da uskladi svoje pozitivno nabite komponente z negativno nabitimi minerali gline.
Poleg elektrostatičnega naboja in strukturnih značilnosti biomolekul je bilo ugotovljeno, da imajo naravne kovinske sestavine v tleh pomembno vlogo pri vezavi s tvorbo mostov. Na primer, pozitivno nabita magnezij in kalcij sta oblikovala most med negativno nabitimi biomolekulami in minerali gline, da bi ustvarila vez, ki nakazuje, da lahko naravne kovinske sestavine v tleh olajšajo lovljenje ogljika v tleh.
Po drugi strani pa je elektrostatična privlačnost med samimi biomolekulami negativno vplivala na vezavo. Pravzaprav je bilo ugotovljeno, da je energija privlačnosti med biomolekulami višja od energije privlačnosti biomolekule do minerala gline. To je pomenilo zmanjšano adsorpcijo biomolekul na glino. Medtem ko je prisotnost pozitivno nabitih kovinskih ionov v tleh spodbujala lovljenje ogljika, je elektrostatično združevanje med biomolekulami zaviralo adsorpcijo biomolekul na minerale gline.
Te nove ugotovitve o tem, kako organsko biomolekule ogljika, ki se vežejo na glinene minerale v tleh, bi lahko pomagale ustrezno spremeniti kemične sestave tal v korist lovljenja ogljika, s čimer bi utrle pot rešitvam na osnovi tal za sprememba podnebja.
***
Reference:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Globalni sekvestracijski potencial povečanega organskega ogljika v tleh obdelovalnih površin. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Pobuda 4p1000: Priložnosti, omejitve in izzivi za izvajanje sekvestracije organskega ogljika v tleh kot strategije trajnostnega razvoja. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS in Aristilde L., 2024. Elektrostatična sklopitev in premostitev vode v adsorpcijski hierarhiji biomolekul na mejah voda–glina. PNAS. 8. februar 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
