نحو حل قائم على التربة لتغير المناخ 

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 تغير المناخ.   

تتضمن دورة الكربون حركة الكربون من الغلاف الجوي إلى النباتات والحيوانات على الأرض ثم العودة إلى الغلاف الجوي. المحيطات والغلاف الجوي والكائنات الحية هي الخزانات أو المصارف الرئيسية التي يتم من خلالها دورات الكربون. الكثير من كربون 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 تغير المناخ.  

تُبذل الجهود للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية مقارنة بمستويات ما قبل الصناعة بحلول عام 2050. وللحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية، يجب أن تبلغ انبعاثات الغازات الدفيئة ذروتها قبل عام 2025 وأن تنخفض إلى النصف بحلول عام 2030. ومع ذلك، فقد تم إجراء التقييم العالمي الأخير وكشف أن العالم ليس على المسار الصحيح للحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى 1.5 درجة مئوية بحلول نهاية هذا القرن. إن التحول ليس سريعًا بما يكفي لتحقيق خفض بنسبة 43٪ في انبعاثات الغازات الدفيئة بحلول عام 2030، وهو ما يمكن أن يحد من ظاهرة الاحتباس الحراري ضمن الطموحات الحالية. 

وفي هذا السياق يأتي دور التربة الكربون العضوي (SOC) in تغير المناخ 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.  

على الرغم من الإرث التاريخي للكربون (أي انبعاث حوالي 1,000 مليار طن من الكربون منذ عام 1750 عندما بدأت الثورة الصناعية)، فإن أي زيادة في درجة الحرارة العالمية لديها القدرة على إطلاق المزيد من الكربون من التربة في الغلاف الجوي، ومن ثم ضرورة الحفاظ على الموارد الحالية مخزونات الكربون في التربة.   

التربة بمثابة بالوعة عضوي كربون 

لا تزال التربة ثاني أكبر حوض على الأرض (بعد المحيط). عضوي كربون. فهي تحتوي على حوالي 2,500 مليار طن من الكربون، أي حوالي عشرة أضعاف الكمية الموجودة في الغلاف الجوي، ومع ذلك فهي تتمتع بإمكانات هائلة غير مستغلة لعزل الكربون في الغلاف الجوي. يمكن للأراضي الزراعية أن تحبس ما بين 0.90 و1.85 بيتاجرام (1 بيكوغرام = 10¹⁵ جرام) من الكربون (Pg C) سنويًا، وهو ما يعادل حوالي 26-53٪ من الهدف "4 لكل مبادرة 1000"(أي معدل نمو سنوي قدره 0.4٪ للتربة العالمية القائمة عضوي carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the مناخ target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based عضوي المادة في التربة ليست مفهومة جيدا. 

ما يؤثر على قفل الكربون في التربة  

تلقي دراسة جديدة الضوء على ما يحدد ما إذا كان النبات يعتمد على النبات أم لا عضوي سيتم احتجاز المادة عند دخولها التربة أو ما إذا كان سينتهي بها الأمر بتغذية الميكروبات وإعادة الكربون إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون₂. وبعد فحص التفاعلات بين الجزيئات الحيوية ومعادن الطين، وجد الباحثون أن الشحنات على الجزيئات الحيوية ومعادن الطين، وبنية الجزيئات الحيوية، والمكونات المعدنية الطبيعية في التربة، والاقتران بين الجزيئات الحيوية تلعب أدوارًا رئيسية في احتجاز الكربون في التربة.  

كشف فحص التفاعلات بين معادن الطين والجزيئات الحيوية الفردية أن الارتباط كان متوقعًا. نظرًا لأن معادن الطين مشحونة بشكل سلبي، فإن الجزيئات الحيوية ذات المكونات المشحونة بشكل إيجابي (ليسين، هيستيدين وثريونين) شهدت ارتباطًا قويًا. ويتأثر الارتباط أيضًا بما إذا كان الجزيء الحيوي مرنًا بدرجة كافية لمواءمة مكوناته المشحونة إيجابيًا مع معادن الطين المشحونة سالبًا.  

بالإضافة إلى الشحنة الكهروستاتيكية والسمات الهيكلية للجزيئات الحيوية، وجد أن المكونات المعدنية الطبيعية في التربة تلعب دورًا مهمًا في الارتباط من خلال تكوين الجسور. على سبيل المثال، شكل المغنيسيوم والكالسيوم المشحونان بشكل إيجابي جسرًا بين الجزيئات الحيوية ذات الشحنة السالبة ومعادن الطين لإنشاء رابطة تشير إلى أن المكونات المعدنية الطبيعية في التربة يمكن أن تسهل احتجاز الكربون في التربة.  

من ناحية أخرى، أثر التجاذب الكهروستاتيكي بين الجزيئات الحيوية نفسها على الارتباط بشكل سلبي. في الواقع، وجد أن طاقة الجذب بين الجزيئات الحيوية أعلى من طاقة جذب الجزيء الحيوي لمعدن الطين. وهذا يعني انخفاض امتصاص الجزيئات الحيوية للطين. وهكذا، في حين أن وجود أيونات معدنية موجبة الشحنة في التربة يفضل احتجاز الكربون، فإن الاقتران الكهروستاتيكي بين الجزيئات الحيوية يمنع امتصاص الجزيئات الحيوية لمعادن الطين.  

هذه النتائج الجديدة حول كيفية عضوي 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 تغير المناخ. 

*** 

المراجع:  

1. زومر، آر جيه، بوسيو، دا، سومر، آر وآخرون. إمكانية عزل الكربون العضوي المتزايد في تربة الأراضي الزراعية على المستوى العالمي. ممثل العلوم 7، 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. رامبل، C.، أميراسلاني، F.، تشينو، C. وآخرون. مبادرة 4p1000: الفرص والقيود والتحديات التي تواجه تنفيذ عزل الكربون العضوي في التربة كاستراتيجية للتنمية المستدامة. أمبيو 49، 350-360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS, and Aristilde L., 2024. الاقتران الكهروستاتيكي وجسر الماء في التسلسل الهرمي لامتصاص الجزيئات الحيوية في واجهات الماء والطين. بناس. 8 فبراير 2024.121 (7) هـ2316569121. معرف الهوية الرقمي: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***