기후변화에 대한 토양 기반 솔루션을 향하여 

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 기후 변화.   

탄소 순환은 탄소가 대기에서 지구상의 식물과 동물로 이동하고 다시 대기로 이동하는 것을 포함합니다. 해양, 대기 및 생물체는 탄소 순환의 주요 저장소 또는 흡수원입니다. 많은 탄소 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 기후 변화.  

1.5년까지 지구 온난화를 산업화 이전 대비 2050°C로 제한하려는 노력이 진행되고 있습니다. 지구 온난화를 1.5°C로 제한하려면 온실가스 배출량이 2025년 이전에 정점에 도달하고 2030년까지 절반으로 줄여야 합니다. 금세기 말까지 세계 기온 상승을 1.5°C로 제한하는 궤도에 진입하지 못했다는 사실이 밝혀졌습니다. 현재 목표 내에서 지구 온난화를 제한할 수 있는 온실가스 배출을 43년까지 2030% 감소시키기에는 전환이 충분히 빠르지 않습니다. 

이런 맥락에서 토양의 역할은 다음과 같다. 유기탄소 (SOC) in 기후 변화 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.  

역사적 유산의 탄소 부하(즉, 산업 혁명이 시작된 1,000년 이후 약 1750조 톤의 탄소 배출)에도 불구하고 지구 온도의 상승은 대기 중 토양에서 더 많은 탄소를 방출할 가능성이 있으므로 기존 탄소를 보존하는 것이 필수적입니다. 토양 탄소 저장량.   

토양을 싱크대로 유기적인 탄소 

토양은 여전히 ​​지구에서 (바다 다음으로) 두 번째로 큰 흡수원입니다. 유기적인 탄소. 그것은 대기에 있는 양의 약 2,500배에 달하는 약 0.90조 1.85천억 톤의 탄소를 보유하고 있지만 대기 탄소를 격리할 수 있는 아직 개발되지 않은 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 농경지는 1~10페타그램(XNUMXPg = XNUMX)을 포획할 수 있습니다.¹⁵ 그램)의 연간 탄소(Pg C) 목표치의 약 26~53%입니다.4 Initiative 당 1000”(즉, 정지된 지구 토양의 연간 성장률은 0.4%입니다. 유기적인 carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the 기후 target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based 유기적인 토양의 물질은 잘 이해되지 않습니다. 

토양에 탄소를 고정시키는 데 영향을 미치는 것은 무엇입니까?  

새로운 연구는 식물 기반 식품이 무엇인지 결정하는 요소에 대해 밝힙니다. 유기적인 물질이 토양에 들어갈 때 갇히게 되거나 결국 미생물의 먹이가 되어 CO의 형태로 탄소를 대기로 되돌려 보내게 될 것입니다.₂. 생체 분자와 점토 광물 사이의 상호 작용을 조사한 결과, 연구자들은 생체 분자와 점토 광물의 전하, 생체 분자의 구조, 토양의 천연 금속 성분 및 생체 분자 간의 쌍이 토양에서 탄소를 격리하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다.  

점토 광물과 개별 생체 분자 사이의 상호 작용을 조사한 결과 결합이 예측 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 점토 광물은 음전하를 띠기 때문에 양전하를 띤 성분(라이신, 히스티딘 및 트레오닌)을 가진 생체분자는 강한 결합을 경험했습니다. 결합은 또한 생체분자가 양전하를 띤 구성 요소를 음전하를 띤 점토 광물과 정렬할 만큼 충분히 유연한지 여부에 따라 영향을 받습니다.  

정전기 전하와 생체분자의 구조적 특징 외에도 토양의 천연 금속 성분이 다리 형성을 통한 결합에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 양전하를 띤 마그네슘과 칼슘은 음전하를 띤 생체 분자와 점토 광물 사이에 다리를 형성하여 결합을 형성하여 토양의 천연 금속 성분이 토양에 탄소를 가두는 것을 촉진할 수 있음을 시사합니다.  

반면에 생체분자 자체 사이의 정전기적 인력은 결합에 부정적인 영향을 미쳤습니다. 실제로, 생체분자 사이의 인력 에너지는 점토 광물에 대한 생체분자의 인력 에너지보다 더 높은 것으로 밝혀졌다. 이는 점토에 대한 생체분자의 흡착 감소를 의미합니다. 따라서 토양에 양전하를 띤 금속 이온이 존재하면 탄소 포집이 선호되는 반면, 생체 분자 사이의 정전기적 쌍은 생체 분자가 점토 광물에 흡착되는 것을 억제합니다.  

방법에 대한 이러한 새로운 발견은 유기적인 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 기후 변화. 

*** 

참조 :  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. 외. 농경지 토양에서 증가된 유기탄소의 전 세계적 격리 가능성. Sci Rep 7, 15554(2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. 4p1000 이니셔티브: 지속 가능한 개발 전략으로 토양 유기 탄소 격리를 구현하기 위한 기회, 한계 및 과제. Ambio 49, 350–360(2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS 및 Aristilde L., 2024. 물-점토 경계면에서 생체 분자의 흡착 계층 구조의 정전기 결합 및 물 브리징. PNAS. 8년 2024.121월 7일.2316569121(XNUMX) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***