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 mudança climática.
O ciclo do carbono envolve o movimento do carbono da atmosfera para as plantas e animais na Terra e de volta para a atmosfera. O oceano, a atmosfera e os organismos vivos são os principais reservatórios ou sumidouros através dos quais o carbono circula. Muito carbono 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 mudança climática.
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.
It is in this context that the role of soil Carbono organico (SOC) in mudança climática 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.
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.
Soil as a sink of orgânico carbono
Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of orgânico 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 gramas) de carbono (Pg C) por ano, o que é cerca de 26-53% da meta do “4 por 1000 Initiative” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil orgânico carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the clima target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based orgânico matter in the soil is not very well understood.
O que influencia o bloqueio de carbono no solo
A new study sheds light on what determines whether a plant-based orgânico 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. Após o exame das interações entre biomoléculas e minerais argilosos, os pesquisadores descobriram que a carga das biomoléculas e dos minerais argilosos, a estrutura das biomoléculas, os constituintes metálicos naturais do solo e o emparelhamento 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.
These new findings about how orgânico 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 mudança climática.
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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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