Un nuovo studio ha esaminato le interazioni tra biomolecole e minerali argillosi nel suolo, facendo luce sui fattori che influenzano l'intrappolamento del carbonio di origine vegetale nel terreno. È emerso che la carica delle biomolecole e dei minerali argillosi, la struttura delle biomolecole, i costituenti metallici naturali presenti nel suolo e l'accoppiamento tra le biomolecole svolgono un ruolo chiave nel sequestro del carbonio nel suolo. Mentre la presenza di ioni metallici a carica positiva nel suolo ha favorito l'intrappolamento del carbonio, l'accoppiamento elettrostatico tra le biomolecole ha inibito l'adsorbimento delle biomolecole ai minerali argillosi. I risultati potrebbero essere utili per prevedere le caratteristiche chimiche del suolo più efficaci nell'intrappolare il carbonio, aprendo così la strada a soluzioni basate sul suolo per ridurre il carbonio nell'atmosfera e contrastare il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici.
Il ciclo del carbonio prevede il movimento del carbonio dall'atmosfera alle piante e agli animali sulla Terra e di nuovo all'atmosfera. Oceani, atmosfera e organismi viventi sono i principali serbatoi o pozzi attraverso i quali avviene il ciclo del carbonio. Una grande quantità di carbonio è immagazzinata/sequestrata in rocce, sedimenti e suoli. Gli organismi morti presenti nelle rocce e nei sedimenti possono trasformarsi in combustibili fossili nel corso di milioni di anni. La combustione dei combustibili fossili per soddisfare il fabbisogno energetico rilascia grandi quantità di carbonio nell'atmosfera, alterando l'equilibrio del carbonio atmosferico e contribuendo al riscaldamento globale e ai conseguenti cambiamenti climatici.
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 il ruolo del carbonio organico del suolo (SOC) nei cambiamenti climatici sta acquisendo importanza, sia come potenziale fonte di emissioni di carbonio in risposta al riscaldamento globale, sia come serbatoio 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 serbatoio di carbonio organico
Il suolo è ancora il secondo serbatoio di carbonio organico più grande della Terra (dopo gli oceani) . Contiene circa 2,500 miliardi di tonnellate di carbonio, circa dieci volte la quantità presente nell'atmosfera, eppure possiede un enorme potenziale inespresso per il sequestro del carbonio atmosferico. I terreni agricoli potrebbero intrappolare tra 0.90 e 1.85 petagrammi (1 Pg = 10¹⁵ grammi ) di carbonio (Pg C) all'anno, pari a circa il 26-53% dell'obiettivo dell'" Iniziativa 4 per 1000 " (ovvero, un tasso di crescita annuo dello 0.4% delle riserve globali di carbonio organico nel suolo può compensare l'attuale aumento delle emissioni di carbonio nell'atmosfera e contribuire al raggiungimento dell'obiettivo climatico ). Tuttavia, l'interazione dei fattori che influenzano l'intrappolamento della sostanza organica di origine vegetale nel suolo non è ancora del tutto chiara.
Cosa influenza il bloccaggio del carbonio nel suolo
Un nuovo studio fa luce su cosa determini se la materia organica di origine vegetale, una volta entrata nel suolo, verrà intrappolata 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 delle biomolecole e dei minerali argillosi, la struttura delle biomolecole, i costituenti metallici naturali presenti nel suolo e l'accoppiamento tra le 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 sul modo in cui le biomolecole di carbonio organico si legano ai minerali argillosi nel suolo potrebbero contribuire a modificare opportunamente la composizione chimica del suolo per favorire il sequestro del carbonio, aprendo così la strada a soluzioni basate sul suolo per contrastare i cambiamenti climatici.
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Riferimenti:
- 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
- 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
- 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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