Một nghiên cứu mới đã xem xét sự tương tác giữa các phân tử sinh học và khoáng chất đất sét trong đất và làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến việc giữ carbon từ thực vật trong đất. Người ta nhận thấy rằng điện tích trên các phân tử sinh học và khoáng sét, cấu trúc của các phân tử sinh học, thành phần kim loại tự nhiên trong đất và sự kết hợp giữa các phân tử sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc cô lập carbon trong đất. Trong khi sự hiện diện của các ion kim loại tích điện dương trong đất tạo điều kiện thuận lợi cho việc giữ cacbon, thì sự ghép cặp tĩnh điện giữa các phân tử sinh học đã ức chế sự hấp phụ của các phân tử sinh học vào khoáng sét. Những phát hiện này có thể hữu ích trong việc dự đoán các thành phần hóa học trong đất có hiệu quả nhất trong việc giữ carbon trong đất, từ đó có thể mở đường cho các giải pháp dựa trên đất để giảm lượng carbon trong khí quyển và cho sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.
Chu trình carbon liên quan đến sự chuyển động của carbon từ khí quyển vào thực vật và động vật trên Trái đất và quay trở lại khí quyển. Đại dương, khí quyển và các sinh vật sống là những bể chứa hoặc bể chứa chính qua đó chu trình carbon. Nhiều carbon được lưu trữ/cô lập trong đá, trầm tích và đất. Các sinh vật chết trong đá và trầm tích có thể trở thành nhiên liệu hóa thạch trong hàng triệu năm. Việc đốt nhiên liệu hóa thạch để đáp ứng nhu cầu năng lượng sẽ giải phóng một lượng lớn carbon trong khí quyển, làm mất cân bằng carbon trong khí quyển và góp phần vào sự nóng lên toàn cầu và hậu quả là gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. biến đổi khí hậu.
Những nỗ lực đang được thực hiện nhằm hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1.5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp vào năm 2050. Để hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1.5°C, lượng phát thải khí nhà kính phải đạt đỉnh trước năm 2025 và giảm một nửa vào năm 2030. Tuy nhiên, việc kiểm kê toàn cầu gần đây đã tiết lộ rằng thế giới không đi đúng hướng trong việc hạn chế nhiệt độ tăng lên 1.5°C vào cuối thế kỷ này. Quá trình chuyển đổi không đủ nhanh để đạt được mức giảm phát thải khí nhà kính 43% vào năm 2030, điều có thể hạn chế sự nóng lên toàn cầu trong tham vọng hiện tại.
Trong bối cảnh đó, vai trò của đất carbon hữu cơ (SOC) trong biến đổi khí hậu đang đạt được tầm quan trọng vừa là nguồn phát thải carbon tiềm năng để ứng phó với sự nóng lên toàn cầu vừa là bể chứa carbon tự nhiên trong khí quyển.
Bất chấp tải lượng carbon lịch sử (tức là phát thải khoảng 1,000 tỷ tấn carbon kể từ năm 1750 khi cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu), bất kỳ sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu nào cũng có khả năng giải phóng nhiều carbon hơn từ đất trong khí quyển, do đó bắt buộc phải bảo tồn lượng carbon hiện có. trữ lượng carbon đất.
Đất như một cái bồn chứa hữu cơ carbon
Đất vẫn là vùng chìm lớn thứ hai (sau đại dương) trên Trái đất hữu cơ carbon. Nó chứa khoảng 2,500 tỷ tấn carbon, gấp khoảng 0.90 lần lượng carbon được giữ trong khí quyển, nhưng nó có tiềm năng rất lớn chưa được khai thác để cô lập carbon trong khí quyển. Đất trồng trọt có thể bẫy từ 1.85 đến 1 petagram (10 PG = XNUMX15 gram) carbon (PG C) mỗi năm, chiếm khoảng 26–53% mục tiêu của “4 mỗi sáng kiến 1000” (nghĩa là tốc độ tăng trưởng hàng năm của đất toàn cầu là 0.4% hữu cơ trữ lượng carbon có thể bù đắp sự gia tăng lượng khí thải carbon trong khí quyển hiện nay và góp phần đáp ứng nhu cầu khí hậu mục tiêu). Tuy nhiên, sự tương tác của các yếu tố ảnh hưởng đến việc bẫy các loài thực vật hữu cơ chất trong đất chưa được hiểu rõ lắm.
Điều gì ảnh hưởng đến việc khóa carbon trong đất
Một nghiên cứu mới làm sáng tỏ điều gì quyết định liệu một sản phẩm dựa trên thực vật có hữu cơ vật chất sẽ bị giữ lại khi đi vào đất hoặc liệu nó sẽ ăn vi khuẩn và trả lại carbon vào khí quyển dưới dạng CO2. Sau khi kiểm tra sự tương tác giữa các phân tử sinh học và khoáng sét, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng điện tích trên các phân tử sinh học và khoáng sét, cấu trúc của các phân tử sinh học, thành phần kim loại tự nhiên trong đất và sự kết hợp giữa các phân tử sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc cô lập cacbon trong đất.
Việc kiểm tra sự tương tác giữa các khoáng sét và các phân tử sinh học riêng lẻ cho thấy rằng sự liên kết có thể dự đoán được. Vì khoáng sét mang điện tích âm nên các phân tử sinh học có thành phần tích điện dương (lysine, histidine và threonine) có khả năng liên kết mạnh mẽ. Sự liên kết cũng bị ảnh hưởng bởi liệu phân tử sinh học có đủ linh hoạt để sắp xếp các thành phần tích điện dương của nó với các khoáng sét tích điện âm hay không.
Ngoài điện tích và đặc điểm cấu trúc của các phân tử sinh học, các thành phần kim loại tự nhiên trong đất được phát hiện có vai trò quan trọng trong việc liên kết thông qua việc hình thành cầu. Ví dụ, magiê và canxi tích điện dương, tạo thành cầu nối giữa các phân tử sinh học tích điện âm và khoáng sét để tạo ra liên kết cho thấy các thành phần kim loại tự nhiên trong đất có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc giữ carbon trong đất.
Mặt khác, lực hút tĩnh điện giữa các phân tử sinh học đã tác động tiêu cực đến sự liên kết. Trên thực tế, năng lượng hút giữa các phân tử sinh học được phát hiện là cao hơn năng lượng hút của phân tử sinh học với khoáng sét. Điều này có nghĩa là giảm sự hấp phụ của các phân tử sinh học vào đất sét. Do đó, trong khi sự hiện diện của các ion kim loại tích điện dương trong đất tạo điều kiện thuận lợi cho việc giữ cacbon, thì sự ghép cặp tĩnh điện giữa các phân tử sinh học đã ức chế sự hấp phụ của các phân tử sinh học vào khoáng sét.
Những phát hiện mới này về cách hữu cơ Các phân tử sinh học carbon liên kết với các khoáng sét trong đất có thể giúp biến đổi các thành phần hóa học trong đất một cách phù hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc bẫy carbon, từ đó mở đường cho các giải pháp dựa trên đất để xử lý biến đổi khí hậu.
***
Tài liệu tham khảo:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. và cộng sự. Tiềm năng cô lập toàn cầu của lượng cacbon hữu cơ gia tăng trong đất trồng trọt. Đại diện khoa học 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. và cộng sự. Sáng kiến 4p1000: Cơ hội, hạn chế và thách thức trong việc thực hiện cô lập carbon hữu cơ trong đất như một chiến lược phát triển bền vững. Môi trường 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS và Aristilde L., 2024. Khớp nối tĩnh điện và cầu nối nước trong hệ thống phân cấp hấp phụ của các phân tử sinh học ở bề mặt tiếp xúc nước-sét. PNAS. Ngày 8 tháng 2024.121 năm 7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
