Sebuah studi baru meneliti interaksi antara biomolekul dan mineral tanah liat di dalam tanah dan menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi terperangkapnya karbon nabati di dalam tanah. Ditemukan bahwa muatan pada biomolekul dan mineral lempung, struktur biomolekul, unsur logam alami dalam tanah dan pasangan antar biomolekul memainkan peran penting dalam penyerapan karbon di dalam tanah. Meskipun keberadaan ion logam bermuatan positif di dalam tanah mendukung penangkapan karbon, pasangan elektrostatis antar biomolekul menghambat adsorpsi biomolekul ke mineral lempung. Temuan ini dapat membantu dalam memprediksi kimia tanah yang paling efektif dalam memerangkap karbon di dalam tanah yang pada gilirannya, dapat membuka jalan bagi solusi berbasis tanah untuk mengurangi karbon di atmosfer dan pemanasan global serta perubahan iklim.
Siklus karbon melibatkan pergerakan karbon dari atmosfer ke tumbuhan dan hewan di bumi dan kembali ke atmosfer. Lautan, atmosfer, dan organisme hidup merupakan reservoir atau penyerap utama yang menjadi tempat terjadinya siklus karbon. Banyak karbon disimpan/diasingkan dalam batuan, sedimen dan tanah. Organisme mati di batuan dan sedimen dapat menjadi bahan bakar fosil selama jutaan tahun. Pembakaran bahan bakar fosil untuk memenuhi kebutuhan energi melepaskan karbon dalam jumlah besar ke atmosfer sehingga mengganggu keseimbangan karbon di atmosfer dan berkontribusi terhadap pemanasan global dan konsekuensinya. perubahan iklim.
Berbagai upaya sedang dilakukan untuk membatasi pemanasan global hingga 1.5°C dibandingkan dengan tingkat pra-industri pada tahun 2050. Untuk membatasi pemanasan global hingga 1.5°C, emisi gas rumah kaca harus mencapai puncaknya sebelum tahun 2025 dan dikurangi setengahnya pada tahun 2030. Namun, pencatatan global baru-baru ini telah mengungkapkan bahwa dunia belum berada pada jalur yang tepat untuk membatasi kenaikan suhu hingga 1.5°C pada akhir abad ini. Transisi ini tidak cukup cepat untuk mencapai pengurangan emisi gas rumah kaca sebesar 43% pada tahun 2030 yang dapat membatasi pemanasan global sesuai dengan ambisi yang ada saat ini.
Dalam konteks inilah peran tanah karbon organik (SOC) di perubahan iklim semakin penting baik sebagai sumber potensial emisi karbon sebagai respons terhadap pemanasan global maupun sebagai penyerap karbon alami di atmosfer.
Meskipun terdapat warisan sejarah karbon (yaitu, emisi sekitar 1,000 miliar ton karbon sejak tahun 1750 ketika revolusi industri dimulai), setiap peningkatan suhu global berpotensi melepaskan lebih banyak karbon dari tanah ke atmosfer, sehingga sangat penting untuk melestarikan sumber daya alam yang ada. cadangan karbon tanah.
Tanah sebagai wastafel organik karbon
Tanah masih merupakan tempat pembuangan terbesar kedua di bumi (setelah lautan). organik karbon. Hutan ini menyimpan sekitar 2,500 miliar ton karbon, yang berarti sepuluh kali lipat jumlah karbon yang tersimpan di atmosfer, namun ia mempunyai potensi besar yang belum dimanfaatkan untuk menyerap karbon di atmosfer. Lahan pertanian dapat menjebak antara 0.90 dan 1.85 petagram (1 Pg = 1015 gram) karbon (Pg C) per tahun, yaitu sekitar 26–53% dari target “4 per 1000 Initiative” (yaitu, tingkat pertumbuhan tahunan sebesar 0.4% dari tegakan tanah global organik stok karbon dapat mengimbangi peningkatan emisi karbon di atmosfer saat ini dan berkontribusi untuk memenuhi kebutuhan karbon iklim target). Namun, adanya interaksi faktor-faktor yang mempengaruhi penangkapan tanaman berbasis tanaman organik materi di dalam tanah belum dipahami dengan baik.
Apa yang mempengaruhi penguncian karbon di dalam tanah
Sebuah studi baru menyoroti apa yang menentukan apakah makanan nabati organik materi akan terperangkap ketika memasuki tanah atau akan menjadi makanan mikroba dan mengembalikan karbon ke atmosfer dalam bentuk CO2. Setelah menguji interaksi antara biomolekul dan mineral tanah liat, para peneliti menemukan bahwa muatan pada biomolekul dan mineral tanah liat, struktur biomolekul, unsur logam alami dalam tanah dan pasangan antar biomolekul memainkan peran penting dalam penyerapan karbon di dalam tanah.
Pemeriksaan interaksi antara mineral lempung dan biomolekul individu menunjukkan bahwa pengikatan tersebut dapat diprediksi. Karena mineral lempung bermuatan negatif, biomolekul dengan komponen bermuatan positif (lisin, histidin, dan treonin) mengalami ikatan yang kuat. Pengikatan ini juga dipengaruhi oleh apakah suatu biomolekul cukup fleksibel untuk menyelaraskan komponen bermuatan positif dengan mineral lempung yang bermuatan negatif.
Selain muatan elektrostatik dan fitur struktural biomolekul, konstituen logam alami dalam tanah ternyata memainkan peran penting dalam pengikatan melalui pembentukan jembatan. Misalnya, magnesium dan kalsium yang bermuatan positif, membentuk jembatan antara biomolekul bermuatan negatif dan mineral lempung untuk menciptakan ikatan yang menunjukkan bahwa unsur logam alami di dalam tanah dapat memfasilitasi penangkapan karbon di dalam tanah.
Di sisi lain, tarikan elektrostatis antar biomolekul berdampak buruk pada pengikatan. Faktanya, energi tarik-menarik antar biomolekul ditemukan lebih tinggi dibandingkan energi tarik-menarik biomolekul terhadap mineral lempung. Hal ini berarti penurunan adsorpsi biomolekul ke tanah liat. Oleh karena itu, meskipun keberadaan ion logam bermuatan positif di dalam tanah mendukung penangkapan karbon, pasangan elektrostatis antar biomolekul menghambat adsorpsi biomolekul ke mineral lempung.
Temuan baru ini tentang caranya organik biomolekul karbon yang berikatan dengan mineral lempung di dalam tanah dapat membantu memodifikasi kimia tanah agar dapat menjebak karbon, sehingga membuka jalan bagi solusi berbasis tanah untuk mengatasi masalah tersebut. perubahan iklim.
***
Referensi:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. dkk. Potensi Penyerapan Global dari Peningkatan Karbon Organik di Tanah Lahan Pertanian. Rep Sains 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. dkk. Inisiatif 4p1000: Peluang, keterbatasan dan tantangan untuk menerapkan penyerapan karbon organik tanah sebagai strategi pembangunan berkelanjutan. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS, dan Aristilde L., 2024. Kopling elektrostatis dan penghubung air dalam hierarki adsorpsi biomolekul pada antarmuka air-tanah liat. PNAS. 8 Februari 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
