새로운 연구에서는 토양 내 생체분자와 점토 광물 사이의 상호 작용을 조사하고 토양 내 식물 기반 탄소의 포획에 영향을 미치는 요인을 밝혀냈습니다. 생체분자와 점토 광물의 전하, 생체분자의 구조, 토양 내 천연 금속 성분, 생체분자 간의 결합이 토양 내 탄소 격리에 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌습니다. 토양에 양전하를 띤 금속 이온이 존재하면 탄소 포집이 선호되는 반면, 생체 분자 사이의 정전기적 쌍은 생체 분자가 점토 광물에 흡착되는 것을 억제합니다. 이번 발견은 토양에 탄소를 가두는 데 가장 효과적인 토양 화학을 예측하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 대기 중 탄소를 줄이고 지구 온난화를 위한 토양 기반 솔루션의 길을 열 수 있습니다. 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 암석, 퇴적물 및 토양에 저장/격리됩니다. 암석과 퇴적물에 있는 죽은 유기체는 수백만 년에 걸쳐 화석 연료가 될 수 있습니다. 에너지 수요를 충족시키기 위해 화석 연료를 태우면 대기 중 탄소 균형이 기울어지고 지구 온난화와 그에 따른 결과적으로 많은 양의 탄소가 방출됩니다. 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)에 기후 변화 지구 온난화에 대응하여 잠재적인 탄소 배출원이자 대기 탄소의 자연적인 흡수원으로서 중요성이 높아지고 있습니다.
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 탄소 저장량은 현재 대기 중 탄소 배출 증가를 상쇄하고 탄소 배출량을 충족하는 데 기여할 수 있습니다. 기후 표적). 그러나 식물 기반의 포획에 영향을 미치는 요인들의 상호 작용 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 탄소 생체 분자가 토양의 점토 광물에 결합하면 탄소 포집을 선호하도록 토양 화학을 적절하게 수정하는 데 도움이 될 수 있으므로 토양 기반 솔루션의 길을 열 수 있습니다. 기후 변화.
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참조 :
- 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
- 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
- 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
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