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気候変動に対する土壌ベースの解決策に向けて 

新しい研究では、土壌中の生体分子と粘土鉱物の間の相互作用を調べ、土壌中の植物由来の炭素の捕捉に影響を与える要因を解明しました。生体分子と粘土鉱物の電荷、生体分子の構造、土壌中の天然金属成分、生体分子間のペアリングが土壌中の炭素の隔離に重要な役割を果たしていることが判明した。土壌中に正に帯電した金属イオンが存在すると炭素の捕捉が促進される一方で、生体分子間の静電対形成により粘土鉱物への生体分子の吸着が阻害されます。この発見は、土壌中の炭素を捕捉するのに最も効果的な土壌化学を予測するのに役立つ可能性があり、ひいては大気中の炭素を削減し、地球温暖化や気候変動を防ぐための土壌ベースの解決策への道を開く可能性がある。   

炭素循環には、大気から地球上の植物や動物への炭素の移動が含まれ、また大気へ戻ります。海洋、大気、生物は炭素循環の主要な貯留層または吸収源です。たくさんの カーボン 岩石、堆積物、土壌中に貯蔵/隔離されます。岩石や堆積物中の死んだ生物は、数百万年をかけて化石燃料になる可能性があります。エネルギー需要を満たすために化石燃料を燃やすと、大気中に大量の炭素が放出され、大気中の炭素バランスが崩れ、地球温暖化とそれに伴う気候変動の一因となっています。  

1.5年までに地球温暖化を産業革命前と比較して2050℃に抑える取り組みが行われています。地球温暖化を1.5℃に抑えるには、温室効果ガス排出量が2025年までにピークに達し、2030年までに半減する必要があります。しかし、最近の世界的なストックテイクは、世界は今世紀末までに気温上昇を1.5℃に抑えるという軌道に乗っていないことを明らかにした。この移行は、現在の目標の範囲内で地球温暖化を抑制できる43年までに温室効果ガス排出量の2030%削減を達成するには十分な速さではない。 

このような状況において、有機土壌の役割は次のとおりです。 カーボン 気候変動における (SOC) は、地球温暖化に対応する潜在的な炭素排出源としても、大気中の炭素の自然な吸収源としても重要性を増しています。  

炭素の歴史的遺産(つまり、産業革命が始まった 1,000 年以来、約 1750 兆トンの炭素が排出されている)にもかかわらず、地球の温度が上昇すると、大気中の土壌からより多くの炭素が放出される可能性があるため、既存の炭素を保全することが不可欠です。土壌炭素ストック。   

有機炭素の吸収源としての土壌 

土壌は依然として地球上で (海洋に次いで) 2,500 番目に大きい有機炭素の吸収源です。そこには大気中の炭素量の約 0.90 倍である約 1.85 兆 1 億トンの炭素が貯蔵されていますが、大気中の炭素を隔離する未開発の巨大な可能性が秘められています。農作物は 10 ~ XNUMX ペタグラム (XNUMX Pg = XNUMX15 年間の炭素 (Pg C) グラム)、これは「」の目標の約 26 ~ 53% です。4イニシアチブあたりの1000」(つまり、地球規模の土壌有機炭素蓄積量の年間成長率が 0.4% であれば、現在の大気中の炭素排出量の増加を相殺し、気候目標の達成に貢献できるということです)。しかし、土壌中の植物由来の有機物の捕捉に影響を与える要因の相互作用は、あまりよく理解されていません。 

土壌中の炭素の固定に影響を与えるもの  

新しい研究は、植物由来の有機物が土壌に入ったときに捕捉されるのか、それとも最終的に微生物の餌となって炭素をCOの形で大気中に戻すのかを決定づけるものについて明らかにした。2。生体分子と粘土鉱物の間の相互作用を調べた結果、研究者らは生体分子と粘土鉱物の電荷、生体分子の構造、土壌中の天然金属成分、生体分子間のペアリングが土壌中の炭素の隔離に重要な役割を果たしていることが判明した。  

粘土鉱物と個々の生体分子の間の相互作用を調べると、その結合は予測可能であることが明らかになりました。粘土鉱物はマイナスに帯電しているため、プラスに帯電した成分(リジン、ヒスチジン、スレオニン)を持つ生体分子は強い結合を経験します。結合は、生体分子がそのプラスに帯電した成分をマイナスに帯電した粘土鉱物と整列させるのに十分な柔軟性を持っているかどうかにも影響されます。  

静電荷と生体分子の構造的特徴に加えて、土壌中の天然金属成分が橋の形成を介した結合に重要な役割を果たしていることが判明した。例えば、正に帯電したマグネシウムとカルシウムは、負に帯電した生体分子と粘土鉱物の間に架橋を形成して結合を形成し、土壌中の天然金属成分が土壌中の炭素捕捉を促進できることを示唆しています。  

一方、生体分子自体間の静電引力は結合に悪影響を及ぼします。実際、生体分子間の引力エネルギーは、粘土鉱物に対する生体分子の引力エネルギーよりも高いことが判明した。これは、粘土への生体分子の吸着が減少することを意味しました。したがって、土壌中に正に帯電した金属イオンが存在すると炭素の捕捉が促進される一方、生体分子間の静電対形成により粘土鉱物への生体分子の吸着が阻害される。  

有機炭素生体分子が土壌中の粘土鉱物にどのように結合するかについてのこれらの新しい発見は、炭素捕捉を促進するために土壌の化学的性質を適切に改変するのに役立ち、したがって気候変動に対する土壌ベースの解決策への道を開く可能性がある。 

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参照:  

  1. Zomer、RJ、Bossio、DA、Sommer、R. 他農耕地の土壌における有機炭素の増加による世界的な隔離の可能性。 Sci Rep 7、15554 (2017)。 https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 
  1. Rumpel, C.、Amiraslani, F.、Chenu, C. 他4p1000 イニシアティブ: 持続可能な開発戦略として土壌有機炭素隔離を実施する機会、限界、課題。アンビオ 49、350–360 (2020)。 https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  
  1. Wang J.、Wilson RS、および Aristilde L.、2024。水と粘土の界面における生体分子の吸着階層における静電結合と水の架橋。 PNAS。 8年2024.121月7日.2316569121 (XNUMX) eXNUMX。土井: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

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ウメシュプラサド
ウメシュプラサド
科学ジャーナリスト | 『Scientific European』誌創設編集者

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