На пути к почвенному решению проблемы изменения климата 

Новое исследование изучило взаимодействие биомолекул и глинистых минералов в почве и пролило свет на факторы, влияющие на улавливание углерода растительного происхождения в почве. Было установлено, что заряд биомолекул и глинистых минералов, структура биомолекул, природные металлические компоненты в почве и взаимодействие между биомолекулами играют ключевую роль в связывании углерода в почве. В то время как присутствие положительно заряженных ионов металлов в почве способствовало улавливанию углерода, электростатическое взаимодействие между биомолекулами препятствовало адсорбции биомолекул на глинистых минералах. Полученные результаты могут помочь в прогнозировании наиболее эффективного химического состава почвы для улавливания углерода, что, в свою очередь, может проложить путь к почвенным решениям для снижения содержания углерода в атмосфере, а также для борьбы с глобальным потеплением и изменением климата.

Круговорот углерода включает перемещение углерода из атмосферы в растения и животных на Земле и обратно в атмосферу. Океан, атмосфера и живые организмы являются основными резервуарами или поглотителями, через которые проходит углерод. Значительная часть углерода хранится/депонируется в горных породах, отложениях и почвах. Мертвые организмы в горных породах и отложениях могут превратиться в ископаемое топливо в течение миллионов лет. Сжигание ископаемого топлива для удовлетворения энергетических потребностей высвобождает большое количество углерода в атмосферу, что нарушает атмосферный углеродный баланс и способствует глобальному потеплению и, как следствие, изменению климата.

Предпринимаются усилия по ограничению глобального потепления до 1.5°C по сравнению с доиндустриальным уровнем к 2050 году. Чтобы ограничить глобальное потепление до 1.5°C, выбросы парниковых газов должны достичь пика до 2025 года и сократиться вдвое к 2030 году. Однако недавний глобальный подведение итогов показало, что мир не находится на пути к ограничению повышения температуры до 1.5°C к концу этого столетия. Этот переход не является достаточно быстрым, чтобы к 43 году добиться сокращения выбросов парниковых газов на 2030%, что могло бы ограничить глобальное потепление в рамках нынешних амбиций. 

Именно в этом контексте роль органического углерода почвы (ОУП) в изменении климата приобретает все большее значение как в качестве потенциального источника выбросов углерода в ответ на глобальное потепление, так и в качестве естественного поглотителя атмосферного углерода.

Несмотря на историческое наследие выбросов углерода (т.е. выбросы около 1,000 миллиардов тонн углерода с 1750 года, когда началась промышленная революция), любое повышение глобальной температуры потенциально может привести к выбросу большего количества углерода из почвы в атмосферу, следовательно, необходимо сохранить существующие запасы углерода в почве.   

Почва как поглотитель органического углерода

Почва по-прежнему является вторым по величине (после океана) поглотителем органического углерода на Земле . Она содержит около 2,500 миллиардов тонн углерода, что примерно в десять раз больше, чем в атмосфере, и при этом обладает огромным неиспользованным потенциалом для связывания атмосферного углерода. Сельскохозяйственные угодья могут улавливать от 0.90 до 1.85 петаграмм (1 Пг = 10¹⁵ грамм ) углерода (Пг С) в год, что составляет около 26–53% от целевого показателя « Инициативы 4 на 1000 » (то есть, ежегодный прирост запасов органического углерода в почве на 0.4% может компенсировать текущий рост выбросов углерода в атмосферу и способствовать достижению климатической цели). Однако взаимодействие факторов, влияющих на улавливание органического вещества растительного происхождения в почве, изучено недостаточно.

Что влияет на закрепление углерода в почве  

Новое исследование проливает свет на то, что определяет, будет ли органическое вещество растительного происхождения задерживаться в почве или же оно будет служить пищей для микроорганизмов и возвращать углерод в атмосферу в виде CO₂ . Изучив взаимодействия между биомолекулами и глинистыми минералами, исследователи обнаружили, что заряд биомолекул и глинистых минералов, структура биомолекул, природные металлические компоненты в почве и взаимодействие между биомолекулами играют ключевую роль в связывании углерода в почве.

Исследование взаимодействий между глинистыми минералами и отдельными биомолекулами показало, что связывание было предсказуемым. Поскольку глинистые минералы заряжены отрицательно, биомолекулы с положительно заряженными компонентами (лизин, гистидин и треонин) испытывают сильное связывание. На связывание также влияет то, достаточно ли гибка биомолекула, чтобы выравнивать свои положительно заряженные компоненты с отрицательно заряженными глинистыми минералами.  

Было обнаружено, что помимо электростатического заряда и структурных особенностей биомолекул естественные металлические компоненты почвы играют важную роль в связывании посредством образования мостиков. Например, положительно заряженные магний и кальций образуют мостик между отрицательно заряженными биомолекулами и глинистыми минералами, создавая связь, что позволяет предположить, что природные металлические компоненты в почве могут способствовать улавливанию углерода в почве.  

С другой стороны, электростатическое притяжение между самими биомолекулами отрицательно влияло на связывание. Фактически энергия притяжения между биомолекулами оказалась выше, чем энергия притяжения биомолекулы к глинистому минералу. Это означало снижение адсорбции биомолекул глиной. Таким образом, хотя наличие положительно заряженных ионов металлов в почвах способствовало улавливанию углерода, электростатическое спаривание между биомолекулами ингибировало адсорбцию биомолекул глинистыми минералами.  

Эти новые данные о том, как органические углеродные биомолекулы связываются с глинистыми минералами в почве, могут помочь соответствующим образом изменить химический состав почвы, чтобы способствовать улавливанию углерода, тем самым открывая путь к почвенным решениям проблемы изменения климата.

 

Ссылки:  

  1. Зомер Р.Дж., Боссио Д.А., Соммер Р. и др. Глобальный потенциал секвестрации повышенного содержания органического углерода в почвах пахотных земель. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 
  1. Румпель К., Амираслани Ф., Чену К. и др. Инициатива 4p1000: возможности, ограничения и проблемы реализации связывания органического углерода почвой в качестве стратегии устойчивого развития. Амбио 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  
  1. Ван Дж., Уилсон Р.С. и Аристильда Л., 2024. Электростатическое взаимодействие и образование водных мостиков в иерархии адсорбции биомолекул на границе раздела вода-глина. ПНАС. 8 февраля 2024.121 г. 7 (2316569121) eXNUMX. ДОИ: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

 

Последние

Дараксонрасиб одобрен для лечения рака поджелудочной железы.

Дараксонрасиб (Rasonque производства Revolution Medicines, Inc.), ингибитор...

Обрушение ледника привело к сейсмическому событию в Непале. 

Вблизи границы зафиксировано сейсмическое событие магнитудой 5.2...

Значение космического телескопа Нэнси Грейс Роман

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман (обычно называемый...)

НАСА приглашает ISRO присоединиться к программе создания лунной базы.

НАСА пригласило ISRO (Индийскую организацию космических исследований)...

Полное солнечное затмение 2026 г.

12 августа 2026 года произошло полное солнечное затмение...

Искусственный интеллект разрабатывает полные функциональные геномы.

Языковая модель генома Evo 2 разработала новые...

НОВОСТИ

Не пропустите

Полоса успеха реальна

Статистический анализ показал, что «горячая полоса» или...

Двойной удар: изменение климата влияет на загрязнение воздуха

Исследование показывает серьезные последствия изменения климата для...

Исследование ISARIC показывает, как можно оптимизировать социальное дистанцирование

Недавно завершенное общебританское исследование ISARIC по анализу...

Искусственный интеллект (ИИ) для быстрой и эффективной медицинской диагностики

Недавние исследования показали возможности искусственного интеллекта...

Дексаметазон: нашли ли ученые лекарство для тяжелобольных пациентов с COVID-19?

Недорогой дексаметазон снижает смертность на треть...

НАСА приглашает ISRO присоединиться к программе создания лунной базы.

НАСА пригласило ISRO (Индийскую организацию космических исследований)...
Умеш Прасад
Умеш Прасад
Умеш Прасад — исследователь и коммуникатор, преуспевающий в синтезе рецензируемых первичных исследований в краткие, содержательные и хорошо документированные публичные статьи. Специалист по трансляции знаний, он движим стремлением сделать науку доступной для неанглоязычной аудитории. Для достижения этой цели он основал «Scientific European» — инновационную, многоязычную, открытую цифровую платформу. Восполняя критический пробел в глобальном распространении научных знаний, Прасад выступает в качестве ключевого куратора знаний, чья работа представляет собой новую, сложную эру научной журналистики, донося новейшие исследования до обычных людей на их родных языках.

Дараксонрасиб одобрен для лечения рака поджелудочной железы.

Дараксонрасиб (Rasonque от Revolution Medicines, Inc.), ингибитор семейства ГТФаз RAS, одобрен для лечения взрослых пациентов с метастатическим раком поджелудочной железы...

Обрушение ледника привело к сейсмическому событию в Непале. 

Сейсмическое событие магнитудой 5.2, зафиксированное вблизи границы между Непалом и Китаем 26 августа 2026 года в 8:37 утра по местному времени (02:52:10 UTC), привело к...

Значение космического телескопа Нэнси Грейс Роман

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман (обычно называемый просто телескопом Романа) планируется запустить в космос 30 августа 2026 года. Он будет...

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь

В целях безопасности требуется использование сервиса reCAPTCHA от Google, на который распространяются Политика конфиденциальности и Условия использования Google.

Я согласен с этими условиями.