Կլիմայի փոփոխության համար հողի վրա հիմնված լուծում 

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 կլիմայի փոփոխությունը.   

Ածխածնի ցիկլը ներառում է ածխածնի տեղափոխումը մթնոլորտից դեպի Երկրի վրա գտնվող բույսեր և կենդանիներ և հետ դեպի մթնոլորտ: Օվկիանոսը, մթնոլորտը և կենդանի օրգանիզմները հանդիսանում են հիմնական ջրամբարներ կամ խորտակիչներ, որոնց միջով անցնում է ածխածնի ցիկլը: Շատ բնածուխ 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 կլիմայի փոփոխությունը.  

Մինչև 1.5 թվականը գլոբալ տաքացումը մինչև 2050°C սահմանափակելու համար: Գլոբալ տաքացումը մինչև 1.5°C սահմանափակելու համար ջերմոցային գազերի արտանետումները պետք է հասնեն մինչև 2025 թվականը և կրկնակի կրճատվեն մինչև 2030 թվականը: պարզվել է, որ աշխարհը չի պատրաստվում սահմանափակել ջերմաստիճանի բարձրացումը մինչև այս դարի վերջը մինչև 1.5 °C: Անցումը այնքան արագ չէ, որ մինչև 43 թվականը հասնի ջերմոցային գազերի արտանետումների 2030%-ով կրճատմանը, ինչը կարող է սահմանափակել գլոբալ տաքացումը ներկայիս հավակնությունների շրջանակներում: 

It is in this context that the role of soil օրգանական ածխածին (SOC) in կլիմայի փոփոխությունը 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.  

Ածխածնի պատմական ժառանգական բեռը (այսինքն՝ մոտ 1,000 միլիարդ տոննա ածխածնի արտանետում 1750 թվականից ի վեր, երբ սկսվեց արդյունաբերական հեղափոխությունը), չնայած գլոբալ ջերմաստիճանի ցանկացած բարձրացում կարող է ավելի շատ ածխածին արտազատել մթնոլորտում հողից, հետևաբար գոյություն ունեցողը պահպանելու հրամայական է։ հողի ածխածնի պաշարներ.   

Soil as a sink of օրգանական բնածուխ 

Soil is still Earth’s second largest (after ocean) sink of օրգանական 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 գրամ) ածխածնի (Pg C) տարեկան, որը կազմում է թիրախի մոտ 26–53%-ը:4 1000-ին Նախաձեռնություն” (that is, 0.4% annual growth rate of the standing global soil օրգանական carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the կլիմա target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based օրգանական matter in the soil is not very well understood. 

Ինչն է ազդում հողում ածխածնի արգելափակման վրա  

A new study sheds light on what determines whether a plant-based օրգանական 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. Կենսամոլեկուլների և կավի միներալների փոխազդեցությունների ուսումնասիրությունից հետո հետազոտողները պարզեցին, որ բիոմոլեկուլների և կավե հանքանյութերի լիցքը, բիոմոլեկուլների կառուցվածքը, բնական մետաղի բաղադրամասերը հողում և բիոմոլեկուլների միջև զուգակցումը առանցքային դեր են խաղում հողում ածխածնի յուրացման գործում:  

Կավե միներալների և առանձին բիոմոլեկուլների փոխազդեցության ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ կապը կանխատեսելի էր: Քանի որ կավե հանքանյութերը բացասաբար են լիցքավորված, դրական լիցքավորված բաղադրիչներով կենսամոլեկուլները (լիզին, հիստիդին և թրեոնին) ուժեղ կապ են ունեցել: Կապի վրա ազդում է նաև այն, թե արդյոք բիոմոլեկուլը բավականաչափ ճկուն է՝ իր դրական լիցքավորված բաղադրիչները հավասարեցնելու համար բացասական լիցքավորված կավե հանքանյութերին:  

Բացի էլեկտրաստատիկ լիցքից և բիոմոլեկուլների կառուցվածքային առանձնահատկություններից, պարզվել է, որ հողի բնական մետաղի բաղադրիչները կարևոր դեր են խաղում կամրջի ձևավորման միջոցով կապվելու գործում: Օրինակ՝ դրական լիցքավորված մագնեզիումը և կալցիումը կամուրջ են ձևավորել բացասական լիցքավորված բիոմոլեկուլների և կավե հանքանյութերի միջև՝ կապ ստեղծելու համար, ինչը հուշում է, որ հողում բնական մետաղական բաղադրիչները կարող են հեշտացնել ածխածնի թակարդումը հողում:  

Մյուս կողմից, բիոմոլեկուլների միջև էլեկտրաստատիկ ներգրավումը բացասաբար է ազդել կապի վրա: Փաստորեն, պարզվել է, որ բիոմոլեկուլների միջև ներգրավման էներգիան ավելի բարձր է, քան բիոմոլեկուլի կավե հանքանյութի ձգման էներգիան: Սա նշանակում էր բիոմոլեկուլների կլանման նվազում կավի մեջ: Այսպիսով, չնայած հողերում դրական լիցքավորված մետաղական իոնների առկայությունը նպաստում էր ածխածնի թակարդին, բիոմոլեկուլների միջև էլեկտրաստատիկ զուգավորումը արգելակում էր բիոմոլեկուլների կլանումը կավե միներալներում:  

These new findings about how օրգանական 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 կլիմայի փոփոխությունը. 

*** 

Հիշատակում:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Բուսաբուծության հողերում օրգանական ածխածնի ավելացման գլոբալ սեկվեստրային ներուժը: Sci Rep 7, 15554 (2017): https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. 4p1000 նախաձեռնությունը. հնարավորություններ, սահմանափակումներ և մարտահրավերներ հողի օրգանական ածխածնի առգրավման իրականացման համար՝ որպես կայուն զարգացման ռազմավարություն: Ambio 49, 350–360 (2020): https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS, and Aristilde L., 2024. Էլեկտրաստատիկ զուգավորում և ջրի կամրջում բիոմոլեկուլների կլանման հիերարխիայում ջուր-կավ միջերեսներում: PNAS. 8 Փետրվար 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***