Um novo estudo examinou as interações entre biomoléculas e minerais argilosos no solo e lançou luz sobre os fatores que influenciam a retenção de carbono de origem vegetal no solo. Constatou-se que a carga das biomoléculas e dos minerais argilosos, a estrutura das biomoléculas, os constituintes metálicos naturais do solo e o pareamento entre as biomoléculas desempenham papéis fundamentais no sequestro de carbono no solo. Enquanto a presença de íons metálicos com carga positiva no solo favoreceu a retenção de carbono, o pareamento eletrostático entre as biomoléculas inibiu a adsorção das biomoléculas aos minerais argilosos. As descobertas podem ser úteis para prever as composições químicas do solo mais eficazes na retenção de carbono, o que, por sua vez, pode abrir caminho para soluções baseadas no solo para a redução do carbono na atmosfera e para o aquecimento global e as mudanças climáticas.
O ciclo do carbono envolve o movimento do carbono da atmosfera para as plantas e animais na Terra e de volta para a atmosfera. Oceanos, atmosfera e organismos vivos são os principais reservatórios ou sumidouros pelos quais o carbono circula. Grande quantidade de carbono é armazenada/sequestrada em rochas, sedimentos e solos. Os organismos mortos em rochas e sedimentos podem se transformar em combustíveis fósseis ao longo de milhões de anos. A queima de combustíveis fósseis para atender às necessidades energéticas libera grandes quantidades de carbono na atmosfera, o que desequilibrou a balança atmosférica de carbono e contribuiu para o aquecimento global e as consequentes mudanças climáticas.
Estão a ser feitos esforços para limitar o aquecimento global a 1.5°C em comparação com os níveis pré-industriais até 2050. Para limitar o aquecimento global a 1.5°C, as emissões de gases com efeito de estufa devem atingir o seu pico antes de 2025 e ser reduzidas para metade até 2030. No entanto, o recente balanço global tem revelou que o mundo não está no caminho certo para limitar o aumento da temperatura a 1.5°C até ao final deste século. A transição não é suficientemente rápida para alcançar uma redução de 43% nas emissões de gases com efeito de estufa até 2030, o que poderia limitar o aquecimento global dentro das actuais ambições.
É nesse contexto que o papel do carbono orgânico do solo (COS) nas mudanças climáticas está ganhando importância, tanto como uma potencial fonte de emissão de carbono em resposta ao aquecimento global quanto como um sumidouro natural de carbono atmosférico.
Apesar do legado histórico da carga de carbono (ou seja, a emissão de cerca de 1,000 bilião de toneladas de carbono desde 1750, quando a revolução industrial começou), qualquer aumento na temperatura global tem o potencial de libertar mais carbono do solo para a atmosfera, daí o imperativo de conservar a atmosfera existente. estoques de carbono do solo.
O solo como reservatório de carbono orgânico
O solo ainda é o segundo maior reservatório de carbono orgânico da Terra (depois do oceano) . Ele contém cerca de 2,5 trilhões de toneladas de carbono, o que corresponde a cerca de dez vezes a quantidade presente na atmosfera, e ainda possui um enorme potencial inexplorado para sequestrar carbono atmosférico. As áreas agrícolas poderiam reter entre 0.90 e 1.85 petagramas (1 Pg = 10¹⁵ gramas ) de carbono (Pg C) por ano, o que representa cerca de 26 a 53% da meta da iniciativa “4 por 1000 ” (ou seja, uma taxa de crescimento anual de 0.4% dos estoques globais de carbono orgânico no solo pode compensar o aumento atual das emissões de carbono na atmosfera e contribuir para o cumprimento da meta climática ). No entanto, a interação dos fatores que influenciam a retenção de matéria orgânica de origem vegetal no solo ainda não é bem compreendida.
O que influencia o bloqueio de carbono no solo
Um novo estudo esclarece o que determina se a matéria orgânica de origem vegetal será retida ao entrar no solo ou se acabará alimentando micróbios e devolvendo carbono à atmosfera na forma de CO₂ . Após examinar as interações entre biomoléculas e minerais de argila, os pesquisadores descobriram que a carga das biomoléculas e dos minerais de argila, a estrutura das biomoléculas, os constituintes metálicos naturais do solo e o pareamento entre as biomoléculas desempenham papéis fundamentais no sequestro de carbono no solo.
O exame das interações entre minerais argilosos e biomoléculas individuais revelou que a ligação era previsível. Como os argilominerais têm carga negativa, as biomoléculas com componentes carregados positivamente (lisina, histidina e treonina) experimentaram forte ligação. A ligação também é influenciada pelo fato de uma biomolécula ser flexível o suficiente para alinhar seus componentes carregados positivamente com os minerais argilosos carregados negativamente.
Além da carga eletrostática e das características estruturais das biomoléculas, descobriu-se que os constituintes metálicos naturais do solo desempenham um papel importante na ligação através da formação de pontes. Por exemplo, magnésio e cálcio carregados positivamente formaram uma ponte entre as biomoléculas carregadas negativamente e os minerais argilosos para criar uma ligação sugerindo que os constituintes metálicos naturais do solo podem facilitar a retenção de carbono no solo.
Por outro lado, a atração eletrostática entre as próprias biomoléculas impactou negativamente a ligação. Na verdade, descobriu-se que a energia de atração entre as biomoléculas é maior do que a energia de atração de uma biomolécula ao argilomineral. Isso significou diminuição da adsorção de biomoléculas à argila. Assim, enquanto a presença de íons metálicos carregados positivamente nos solos favoreceu o aprisionamento de carbono, o emparelhamento eletrostático entre biomoléculas inibiu a adsorção de biomoléculas aos argilominerais.
Essas novas descobertas sobre como as biomoléculas de carbono orgânico se ligam aos minerais de argila no solo podem ajudar a modificar a composição química do solo de forma adequada para favorecer a retenção de carbono, abrindo assim caminho para soluções baseadas no solo para as mudanças climáticas.
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Referências:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Potencial global de sequestro de aumento de carbono orgânico em solos agrícolas. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. A iniciativa 4p1000: Oportunidades, limitações e desafios para implementar o sequestro de carbono orgânico no solo como uma estratégia de desenvolvimento sustentável. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS e Aristilde L., 2024. Acoplamento eletrostático e ponte de água na hierarquia de adsorção de biomoléculas em interfaces água-argila. PNAS. 8 de fevereiro de 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
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