לקראת פתרון מבוסס קרקע לשינויי אקלים 

מחקר חדש בדק אינטראקציות בין ביו-מולקולות ומינרלים חרסית בקרקע ושפך אור על גורמים המשפיעים על לכידת פחמן על בסיס צמחי באדמה. נמצא כי מטען על ביו-מולקולות ומינרלים חרסית, מבנה של ביו-מולקולות, מרכיבי מתכת טבעיים באדמה וזיווג בין ביו-מולקולות ממלאים תפקידי מפתח בקיבוע של פחמן באדמה. בעוד שנוכחות של יוני מתכת טעונים חיובית בקרקעות העדיפה לכידת פחמן, הזיווג האלקטרוסטטי בין ביו-מולקולות עיכב ספיחה של ביו-מולקולות למינרלים החרסיים. הממצאים עשויים להיות מועילים בחיזוי כימיה הקרקע היעילה ביותר בלכידת פחמן באדמה, אשר בתורו, עשויה לסלול דרך לפתרונות מבוססי קרקע להפחתת פחמן באטמוספרה ולהתחממות כדור הארץ שינוי האקלים.   

מחזור הפחמן כולל תנועה של פחמן מהאטמוספירה לצמחים ובעלי חיים על פני כדור הארץ ובחזרה לאטמוספירה. אוקיינוס, אטמוספירה ואורגניזמים חיים הם מאגרים או שקעים עיקריים שדרכם עובר מחזורי פחמן. הרבה פַּחמָן מאוחסן/מבודד בסלעים, משקעים וקרקעות. האורגניזמים המתים בסלעים ובמשקעים עשויים להפוך לדלק מאובנים במשך מיליוני שנים. שריפת הדלקים המאובנים כדי לענות על צורכי האנרגיה משחררת כמות גדולה של פחמן באטמוספירה, מה שהפיל את מאזן הפחמן האטמוספרי ותרם להתחממות כדור הארץ וכתוצאה מכך שינוי האקלים.  

נעשים מאמצים להגביל את ההתחממות הגלובלית ל-1.5 מעלות צלזיוס בהשוואה לרמות הטרום-תעשייתיות עד 2050. כדי להגביל את ההתחממות הגלובלית ל-1.5 מעלות צלזיוס, פליטת גזי החממה חייבת להגיע לשיא לפני 2025 ולהצטמצם בחצי עד 2030. עם זאת, המניות העולמיות האחרונות גילה שהעולם לא בדרך להגביל את עליית הטמפרטורה ל-1.5 מעלות צלזיוס עד סוף המאה הזו. המעבר אינו מהיר מספיק כדי להשיג הפחתה של 43% בפליטת גזי חממה עד 2030 שעלולה להגביל את ההתחממות הגלובלית במסגרת השאיפות הנוכחיות. 

בהקשר זה תפקידה של הקרקע פחמן אורגני (SOC) ב שינוי האקלים צובר חשיבות הן כמקור פוטנציאלי לפליטת פחמן בתגובה להתחממות כדור הארץ והן כשקע טבעי של פחמן אטמוספרי.  

למרות העומס ההיסטורי של פחמן (כלומר פליטה של ​​כ-1,000 מיליארד טון פחמן מאז 1750 כשהחלה המהפכה התעשייתית), כל עלייה בטמפרטורה הגלובלית יש בה פוטנציאל לשחרר יותר פחמן מהאדמה באטמוספרה ומכאן ההכרח לשמר את הקיים מלאי פחמן בקרקע.   

אדמה כמו כיור של אורגני פַּחמָן 

אדמה היא עדיין השקיעה השנייה בגודלה של כדור הארץ (אחרי האוקיינוס). אורגני פַּחמָן. הוא מכיל כ-2,500 מיליארד טונות של פחמן שזה בערך פי עשרה מהכמות המוחזקת באטמוספירה, אך עם זאת יש לו פוטנציאל עצום שלא מנוצל לקלוט פחמן אטמוספרי. אדמות גידול עשויות ללכוד בין 0.90 ל-1.85 פטאגרם (1 Pg = 10¹⁵ גרם) של פחמן (Pg C) בשנה, שהם כ-26-53% מהיעד של "4 לכל יוזמה של 1000" (כלומר, קצב צמיחה שנתי של 0.4% של הקרקע העולמית העומדת אורגני מלאי פחמן יכול לקזז את העלייה הנוכחית בפליטת הפחמן באטמוספרה ולתרום לעמידה ב אקלים יַעַד). עם זאת, יחסי הגומלין של גורמים המשפיעים על לכידה של צמחים אורגני החומר באדמה אינו מובן היטב. 

מה משפיע על נעילת פחמן באדמה  

מחקר חדש שופך אור על מה שקובע אם על בסיס צמחי אורגני החומר ילכד כשהוא ייכנס לאדמה או אם בסופו של דבר יזין חיידקים ויחזיר פחמן לאטמוספירה בצורה של CO₂. לאחר בחינה של אינטראקציות בין ביו-מולקולות ומינרלים חרסית, החוקרים מצאו כי מטען על ביו-מולקולות ומינרלים חימר, מבנה של ביו-מולקולות, מרכיבי מתכת טבעיים באדמה וזיווג בין ביו-מולקולות ממלאים תפקידים מרכזיים בקיבולת פחמן באדמה.  

בדיקה של אינטראקציות בין מינרלים חימר וביו-מולקולות בודדות גילתה שהקישור היה צפוי. מכיוון שמינרלים חימר טעונים שלילי, ביומולקולות עם רכיבים טעונים חיובית (ליזין, היסטידין ותרונין) חוו קשירה חזקה. הקישור מושפע גם מהאם ביומולקולה גמישה מספיק כדי ליישר את מרכיביה הטעונים בחיוב עם מינרלי החימר הטעונים שלילי.  

בנוסף למטען האלקטרוסטטי ולמאפיינים המבניים של הביו-מולקולות, נמצא כי מרכיבי המתכת הטבעיים בקרקע ממלאים תפקיד חשוב בקשירה באמצעות היווצרות גשרים. לדוגמה, מגנזיום וסידן בעלי מטען חיובי, יצרו גשר בין הביומולקולות הטעונות שלילי ומינרלים חימר כדי ליצור קשר המצביע על כך שמרכיבי מתכת טבעיים באדמה יכולים להקל על לכידת פחמן באדמה.  

מצד שני, משיכה אלקטרוסטטית בין הביומולקולות עצמן השפיעה לרעה על הקישור. למעשה, אנרגיית המשיכה בין ביו-מולקולות נמצאה גבוהה יותר מאנרגיית המשיכה של ביו-מולקולה למינרל החימר. משמעות הדבר הייתה ירידה בספיחה של ביומולקולות לחימר. לפיכך, בעוד שנוכחות של יוני מתכת טעונים חיובית בקרקעות העדיפה לכידת פחמן, הזיווג האלקטרוסטטי בין ביו-מולקולות עיכב ספיחה של ביו-מולקולות למינרלים החרסיים.  

הממצאים החדשים האלה על איך אורגני ביומולקולות פחמן נקשרות למינרלים החרסיים בקרקע יכולות לעזור לשנות את כימי הקרקע בצורה מתאימה כדי להעדיף לכידת פחמן, ובכך לסלול דרך לפתרונות מבוססי קרקע עבור שינוי האקלים. 

*** 

הפניות:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. פוטנציאל קיבוע גלובלי של פחמן אורגני מוגבר באדמות גידולים. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. יוזמת 4p1000: הזדמנויות, מגבלות ואתגרים ליישום קיבוע פחמן אורגני בקרקע כאסטרטגיית פיתוח בר קיימא. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS, and Aristilde L., 2024. צימוד אלקטרוסטטי וגישור מים בהיררכיית ספיחה של ביו-מולקולות בממשקי מים-חימר. PNAS. 8 בפברואר 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***