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 వాతావరణ మార్పు.
కార్బన్ చక్రంలో వాతావరణం నుండి భూమిపై మొక్కలు మరియు జంతువులలోకి మరియు తిరిగి వాతావరణంలోకి కార్బన్ కదలిక ఉంటుంది. సముద్రం, వాతావరణం మరియు జీవులు కార్బన్ చక్రాల ద్వారా ప్రధాన జలాశయాలు లేదా సింక్‌లు. చాలా కార్బన్ 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 వాతావరణ మార్పు.
1.5 నాటికి పారిశ్రామిక పూర్వ స్థాయిలతో పోలిస్తే గ్లోబల్ వార్మింగ్‌ను 2050°Cకి పరిమితం చేయడానికి ప్రయత్నాలు జరుగుతున్నాయి. గ్లోబల్ వార్మింగ్‌ను 1.5°Cకి పరిమితం చేయడానికి, గ్రీన్‌హౌస్ వాయు ఉద్గారాలు 2025కి ముందు గరిష్ట స్థాయికి చేరుకోవాలి మరియు 2030 నాటికి సగానికి తగ్గించాలి. అయితే, ఇటీవలి గ్లోబల్ స్టాక్‌టేక్ ఈ శతాబ్దం చివరి నాటికి ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలను 1.5 డిగ్రీల సెల్సియస్‌కి పరిమితం చేసే దిశగా ప్రపంచం ముందుకు సాగడం లేదని వెల్లడించింది. ప్రస్తుత ఆశయాలలో గ్లోబల్ వార్మింగ్‌ను పరిమితం చేసే 43 నాటికి గ్రీన్‌హౌస్ వాయు ఉద్గారాలలో 2030% తగ్గింపును సాధించడానికి పరివర్తన వేగంగా లేదు.
ఈ నేపథ్యంలోనే మట్టి పాత్ర సేంద్రీయ కార్బన్ (SOC) in వాతావరణ మార్పు 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.
కార్బన్ యొక్క చారిత్రక వారసత్వ లోడ్ (అనగా, పారిశ్రామిక విప్లవం ప్రారంభమైన 1,000 నుండి సుమారు 1750 బిలియన్ టన్నుల కార్బన్ ఉద్గారం) అయినప్పటికీ, ప్రపంచ ఉష్ణోగ్రతలో ఏదైనా పెరుగుదల వాతావరణంలోని మట్టి నుండి ఎక్కువ కార్బన్‌ను విడుదల చేసే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది కాబట్టి ఇప్పటికే ఉన్న వాటిని సంరక్షించడం అత్యవసరం మట్టి కార్బన్ నిల్వలు.
యొక్క సింక్ వంటి నేల సేంద్రీయ కార్బన్
మట్టి ఇప్పటికీ భూమి యొక్క రెండవ అతిపెద్ద (సముద్రం తర్వాత) మునిగిపోతుంది సేంద్రీయ కార్బన్. ఇది దాదాపు 2,500 బిలియన్ టన్నుల కార్బన్‌ను కలిగి ఉంది, ఇది వాతావరణంలో పది రెట్లు ఎక్కువ, అయినప్పటికీ ఇది వాతావరణ కార్బన్‌ను సీక్వెస్టర్ చేయడానికి పెద్దగా ఉపయోగించని సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. పంట భూములు 0.90 మరియు 1.85 పెటాగ్రాముల (1 Pg = 10) మధ్య బంధించగలవు15 గ్రాములు) సంవత్సరానికి కార్బన్ (Pg C), ఇది లక్ష్యంలో 26–53%4 ఇనిషియేటివ్‌కు 1000” (అంటే, ప్రపంచ నేలపై 0.4% వార్షిక వృద్ధి రేటు సేంద్రీయ carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the వాతావరణం target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based సేంద్రీయ మట్టిలో పదార్థం బాగా అర్థం కాలేదు.
మట్టిలో కార్బన్ లాక్ చేయడాన్ని ఏది ప్రభావితం చేస్తుంది
ఒక కొత్త అధ్యయనం మొక్కల ఆధారితదా అని ఏది నిర్ణయిస్తుందనే దానిపై వెలుగునిస్తుంది సేంద్రీయ పదార్థం మట్టిలోకి ప్రవేశించినప్పుడు చిక్కుకుపోతుంది లేదా అది సూక్ష్మజీవులకు ఆహారం ఇవ్వడం మరియు CO రూపంలో కార్బన్‌ను వాతావరణంలోకి తిరిగి పంపుతుందా2. జీవఅణువులు మరియు బంకమట్టి ఖనిజాల మధ్య పరస్పర చర్యలను పరిశీలించిన తరువాత, జీవఅణువులు మరియు బంకమట్టి ఖనిజాలపై ఛార్జ్, జీవఅణువుల నిర్మాణం, నేలలోని సహజ లోహ భాగాలు మరియు జీవఅణువుల మధ్య జత చేయడం వంటివి మట్టిలోని కార్బన్‌ను వేరు చేయడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తాయని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు.
బంకమట్టి ఖనిజాలు మరియు వ్యక్తిగత జీవఅణువుల మధ్య పరస్పర చర్యల పరిశీలన బైండింగ్ ఊహించదగినదని వెల్లడించింది. మట్టి ఖనిజాలు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడినందున, ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన భాగాలు (లైసిన్, హిస్టిడిన్ మరియు థ్రెయోనిన్) కలిగిన జీవఅణువులు బలమైన బంధాన్ని అనుభవించాయి. ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన బంకమట్టి ఖనిజాలతో ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన భాగాలను సమలేఖనం చేయడానికి జీవఅణువు అనువైనది కాదా అనే దానిపై కూడా బైండింగ్ ప్రభావితమవుతుంది.
ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఛార్జ్ మరియు జీవఅణువుల నిర్మాణ లక్షణాలతో పాటు, మట్టిలోని సహజ లోహ భాగాలు వంతెన నిర్మాణం ద్వారా బంధించడంలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయని కనుగొనబడింది. ఉదాహరణకు, సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన మెగ్నీషియం మరియు కాల్షియం, ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన జీవఅణువులు మరియు బంకమట్టి ఖనిజాల మధ్య వంతెనను ఏర్పరుస్తాయి, మట్టిలోని సహజ లోహ భాగాలు మట్టిలో కార్బన్ ట్రాపింగ్‌ను సులభతరం చేయగలవని సూచిస్తున్నాయి.
మరోవైపు, జీవఅణువుల మధ్య ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఆకర్షణ బైండింగ్‌ను ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. నిజానికి, జీవఅణువుల మధ్య ఆకర్షణ శక్తి బంకమట్టి ఖనిజానికి జీవఅణువును ఆకర్షించే శక్తి కంటే ఎక్కువగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. దీని అర్థం బంకమట్టికి జీవఅణువుల శోషణ తగ్గింది. అందువల్ల, నేలల్లో సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన లోహ అయాన్ల ఉనికి కార్బన్ ట్రాపింగ్‌కు అనుకూలంగా ఉంటుంది, జీవఅణువుల మధ్య ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ జత చేయడం వలన బంకమట్టి ఖనిజాలకు జీవఅణువుల శోషణను నిరోధిస్తుంది.
ఎలా అనే దాని గురించి ఈ కొత్త పరిశోధనలు సేంద్రీయ 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 వాతావరణ మార్పు.
***
ప్రస్తావనలు:
- జోమర్, RJ, బోస్సియో, DA, సోమర్, R. మరియు ఇతరులు. క్రాప్ ల్యాండ్ సాయిల్స్‌లో పెరిగిన సేంద్రీయ కార్బన్ యొక్క గ్లోబల్ సీక్వెస్ట్రేషన్ పొటెన్షియల్. సైన్స్ ప్రతినిధి 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- రంపెల్, సి., అమిరస్లాని, ఎఫ్., చెను, సి. మరియు ఇతరులు. 4p1000 చొరవ: మట్టి సేంద్రీయ కార్బన్ సీక్వెస్ట్రేషన్‌ను స్థిరమైన అభివృద్ధి వ్యూహంగా అమలు చేయడానికి అవకాశాలు, పరిమితులు మరియు సవాళ్లు. అంబియో 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- వాంగ్ J., విల్సన్ RS, మరియు అరిస్టిల్డే L., 2024. నీరు-మట్టి ఇంటర్‌ఫేస్‌ల వద్ద జీవఅణువుల శోషణ శ్రేణిలో ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ కప్లింగ్ మరియు వాటర్ బ్రిడ్జింగ్. PNAS. 8 ఫిబ్రవరి 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
