Verso una soluzione basata sul suolo per il cambiamento climatico 

Un nuovo studio ha esaminato le interazioni tra biomolecole e minerali argillosi nel suolo e ha fatto luce sui fattori che influenzano l’intrappolamento del carbonio di origine vegetale nel suolo. Si è scoperto che la carica sulle biomolecole e sui minerali argillosi, la struttura delle biomolecole, i costituenti metallici naturali nel suolo e l'accoppiamento tra le biomolecole svolgono un ruolo chiave nel sequestro del carbonio nel suolo. Mentre la presenza di ioni metallici caricati positivamente nei suoli favoriva l’intrappolamento del carbonio, l’accoppiamento elettrostatico tra le biomolecole inibiva l’adsorbimento delle biomolecole nei minerali argillosi. I risultati potrebbero essere utili per prevedere la chimica del suolo più efficace nell’intrappolare il carbonio nel suolo, il che, a sua volta, potrebbe aprire la strada a soluzioni basate sul suolo per ridurre il carbonio nell’atmosfera e per il riscaldamento globale e cambiamento climatico.   

Il ciclo del carbonio prevede il movimento del carbonio dall’atmosfera alle piante e agli animali sulla Terra e di nuovo nell’atmosfera. L'oceano, l'atmosfera e gli organismi viventi sono i principali serbatoi o pozzi attraverso i quali circola il carbonio. Molto carbonio viene immagazzinato/sequestrato nelle rocce, nei sedimenti e nel suolo. Gli organismi morti nelle rocce e nei sedimenti potrebbero diventare combustibili fossili nel corso di milioni di anni. La combustione di combustibili fossili per soddisfare il fabbisogno energetico rilascia grandi quantità di carbonio nell’atmosfera, il che ha ribaltato il bilancio del carbonio atmosferico e contribuito al riscaldamento globale e alle conseguenti conseguenze. cambiamento climatico.  

Sono in corso sforzi per limitare il riscaldamento globale a 1.5°C rispetto ai livelli preindustriali entro il 2050. Per limitare il riscaldamento globale a 1.5°C, le emissioni di gas serra devono raggiungere il picco prima del 2025 ed essere dimezzate entro il 2030. Tuttavia, il recente bilancio globale ha ha rivelato che il mondo non è sulla buona strada per limitare l’aumento della temperatura a 1.5°C entro la fine di questo secolo. La transizione non è abbastanza veloce da raggiungere una riduzione del 43% delle emissioni di gas serra entro il 2030, misura che potrebbe limitare il riscaldamento globale entro gli obiettivi attuali. 

È in questo contesto che si inserisce il ruolo del suolo carbonio organico (SOC) dentro cambiamento climatico sta acquisendo importanza sia come potenziale fonte di emissioni di carbonio in risposta al riscaldamento globale, sia come deposito naturale di carbonio atmosferico.  

Nonostante il carico storico di carbonio (ovvero, l’emissione di circa 1,000 miliardi di tonnellate di carbonio dal 1750, quando iniziò la rivoluzione industriale), qualsiasi aumento della temperatura globale ha il potenziale di rilasciare più carbonio dal suolo nell’atmosfera, da qui l’imperativo di conservare l’esistente. riserve di carbonio del suolo.   

Il suolo come pozzo di biologico carbonio 

Il suolo è ancora il secondo più grande bacino di accumulo della Terra (dopo l'oceano). biologico carbonio. Contiene circa 2,500 miliardi di tonnellate di carbonio, ovvero circa dieci volte la quantità contenuta nell’atmosfera, ma ha un enorme potenziale non sfruttato per sequestrare il carbonio atmosferico. Le terre coltivate potrebbero intrappolare tra 0.90 e 1.85 petagrammi (1 Pg = 10¹⁵ grammi) di carbonio (Pg C) all’anno, che rappresenta circa il 26-53% dell’obiettivo del “4 per 1000 Initiative” (ovvero, tasso di crescita annuo dello 0.4% del suolo globale esistente biologico Le scorte di carbonio possono compensare l’attuale aumento delle emissioni di carbonio nell’atmosfera e contribuire a raggiungere il traguardo clima bersaglio). Tuttavia, l'interazione di fattori che influenzano la cattura di origine vegetale biologico la materia nel suolo non è molto ben compresa. 

Cosa influenza il bloccaggio del carbonio nel suolo  

Un nuovo studio fa luce su ciò che determina se un alimento è a base vegetale biologico la materia verrà intrappolata quando entrerà nel suolo o se finirà per nutrire i microbi e restituire carbonio all’atmosfera sotto forma di CO₂. Dopo aver esaminato le interazioni tra biomolecole e minerali argillosi, i ricercatori hanno scoperto che la carica sulle biomolecole e sui minerali argillosi, la struttura delle biomolecole, i costituenti metallici naturali nel suolo e l'accoppiamento tra biomolecole svolgono un ruolo chiave nel sequestro del carbonio nel suolo.  

L'esame delle interazioni tra i minerali argillosi e le singole biomolecole ha rivelato che il legame era prevedibile. Poiché i minerali argillosi sono caricati negativamente, le biomolecole con componenti caricati positivamente (lisina, istidina e treonina) hanno subito un forte legame. Il legame è influenzato anche dal fatto che una biomolecola sia sufficientemente flessibile da allineare i suoi componenti caricati positivamente con i minerali argillosi caricati negativamente.  

Oltre alla carica elettrostatica e alle caratteristiche strutturali delle biomolecole, si è scoperto che i costituenti metallici naturali del terreno svolgono un ruolo importante nel legarsi attraverso la formazione di ponti. Ad esempio, il magnesio e il calcio caricati positivamente hanno formato un ponte tra le biomolecole caricate negativamente e i minerali argillosi per creare un legame suggerendo che i costituenti metallici naturali nel terreno possono facilitare l’intrappolamento del carbonio nel suolo.  

D'altra parte, l'attrazione elettrostatica tra le biomolecole stesse ha influito negativamente sul legame. Infatti, l'energia di attrazione tra le biomolecole è risultata superiore all'energia di attrazione di una biomolecola verso il minerale argilloso. Ciò significava un minore adsorbimento di biomolecole nell'argilla. Pertanto, mentre la presenza di ioni metallici caricati positivamente nei suoli favoriva l’intrappolamento del carbonio, l’accoppiamento elettrostatico tra le biomolecole inibiva l’adsorbimento delle biomolecole nei minerali argillosi.  

Queste nuove scoperte su come biologico Le biomolecole di carbonio si legano ai minerali argillosi nel suolo potrebbero contribuire a modificare adeguatamente la chimica del suolo per favorire l’intrappolamento del carbonio, aprendo così la strada a soluzioni basate sul suolo per cambiamento climatico. 

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Riferimenti:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Potenziale di sequestro globale dell’aumento del carbonio organico nei suoli coltivati. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. L'iniziativa 4p1000: opportunità, limiti e sfide per l'implementazione del sequestro del carbonio organico nel suolo come strategia di sviluppo sostenibile. Ambito 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS e Aristilde L., 2024. Accoppiamento elettrostatico e ponti d'acqua nella gerarchia di adsorbimento di biomolecole alle interfacce acqua-argilla. PNAS. 8 febbraio 2024.121(7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

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