สู่การแก้ปัญหาโดยใช้ดินเพื่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ 

การศึกษาใหม่ตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างชีวโมเลกุลและแร่ธาตุดินเหนียวในดิน และให้ความกระจ่างเกี่ยวกับปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการกักเก็บคาร์บอนจากพืชในดิน พบว่าประจุในชีวโมเลกุลและแร่ธาตุจากดินเหนียว โครงสร้างของชีวโมเลกุล ส่วนประกอบของโลหะธรรมชาติในดิน และการจับคู่ระหว่างชีวโมเลกุลมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บคาร์บอนในดิน แม้ว่าการมีอยู่ของไอออนโลหะที่มีประจุบวกในดินจะช่วยกักเก็บคาร์บอนได้ แต่การจับคู่ทางไฟฟ้าสถิตระหว่างสารชีวโมเลกุลจะยับยั้งการดูดซับของสารชีวโมเลกุลกับแร่ธาตุจากดินเหนียว การค้นพบนี้อาจเป็นประโยชน์ในการทำนายเคมีของดินที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการดักจับคาร์บอนในดิน ซึ่งอาจปูทางไปสู่การแก้ปัญหาโดยใช้ดินในการลดคาร์บอนในชั้นบรรยากาศและภาวะโลกร้อนและ อากาศเปลี่ยนแปลง.   

วัฏจักรคาร์บอนเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนตัวของคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศสู่พืชและสัตว์บนโลกและกลับสู่ชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร ชั้นบรรยากาศ และสิ่งมีชีวิตเป็นแหล่งกักเก็บหลักหรือแหล่งกักเก็บคาร์บอนซึ่งเป็นทางผ่านของวัฏจักรคาร์บอน จำนวนมาก คาร์บอน ถูกจัดเก็บ/กักเก็บในหิน ตะกอน และดิน สิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วในหินและตะกอนอาจกลายเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นเวลาหลายล้านปี การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานจะปล่อยคาร์บอนจำนวนมากในชั้นบรรยากาศ ซึ่งทำให้ความสมดุลของคาร์บอนในชั้นบรรยากาศลดลง และมีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อนและเป็นผลตามมา อากาศเปลี่ยนแปลง.  

มีการพยายามจำกัดภาวะโลกร้อนให้อยู่ที่ 1.5°C เมื่อเทียบกับระดับก่อนยุคอุตสาหกรรมภายในปี 2050 หากต้องการจำกัดภาวะโลกร้อนให้อยู่ที่ 1.5°C การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจะต้องสูงสุดก่อนปี 2025 และลดครึ่งหนึ่งภายในปี 2030 อย่างไรก็ตาม ปริมาณก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกล่าสุดได้ เผยว่าโลกยังไม่สามารถจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไว้ที่ 1.5°C ภายในสิ้นศตวรรษนี้ การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่เร็วพอที่จะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ถึง 43% ภายในปี 2030 ซึ่งอาจจำกัดภาวะโลกร้อนภายในความทะเยอทะยานในปัจจุบัน 

ในบริบทนี้เองที่บทบาทของดิน คาร์บอนอินทรีย์ (SOC) ใน อากาศเปลี่ยนแปลง กำลังได้รับความสำคัญทั้งในฐานะแหล่งที่มีศักยภาพในการปล่อยก๊าซคาร์บอนเพื่อตอบสนองต่อภาวะโลกร้อน เช่นเดียวกับการกักเก็บคาร์บอนในชั้นบรรยากาศตามธรรมชาติ  

ปริมาณคาร์บอนที่สืบทอดมาในอดีต (เช่น การปล่อยคาร์บอนประมาณ 1,000 พันล้านตันนับตั้งแต่ปี 1750 เมื่อการปฏิวัติอุตสาหกรรมเริ่มต้นขึ้น) อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิโลกที่เพิ่มขึ้นใดๆ มีศักยภาพที่จะปล่อยคาร์บอนออกจากดินในชั้นบรรยากาศมากขึ้น จึงมีความจำเป็นในการอนุรักษ์ที่มีอยู่ สต็อกคาร์บอนในดิน   

ดินเป็นที่กักเก็บน้ำของ อินทรีย์ คาร์บอน 

ดินยังคงเป็นแหล่งจมที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลก (รองจากมหาสมุทร) อินทรีย์ คาร์บอน. มันกักเก็บคาร์บอนได้ประมาณ 2,500 พันล้านตัน ซึ่งมากกว่าปริมาณที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศประมาณสิบเท่า แต่ก็มีศักยภาพมหาศาลที่ยังไม่ได้นำไปใช้ในการแยกคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ Croplands สามารถดักจับได้ระหว่าง 0.90 ถึง 1.85 petagrams (1 Pg = 10¹⁵ กรัม) ของคาร์บอน (Pg C) ต่อปี ซึ่งคิดเป็นประมาณ 26–53% ของเป้าหมาย “4 ต่อ 1000 Initiative” (นั่นคือ อัตราการเติบโต 0.4% ต่อปีของดินโลกที่ยืนยง อินทรีย์ การเก็บกักคาร์บอนสามารถชดเชยการเพิ่มขึ้นของการปล่อยก๊าซคาร์บอนในชั้นบรรยากาศในปัจจุบันและมีส่วนช่วยในการปฏิบัติตาม ภูมิอากาศ เป้า). อย่างไรก็ตาม อิทธิพลซึ่งกันและกันของปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการดักจับพืชเป็นหลัก อินทรีย์ วัตถุในดินยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนัก 

สิ่งที่มีอิทธิพลต่อการกักเก็บคาร์บอนในดิน  

การศึกษาใหม่ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับสิ่งที่กำหนดว่าเป็นพืชหรือไม่ อินทรีย์ สสารจะถูกดักจับเมื่อเข้าสู่ดินหรือว่าจะไปให้อาหารจุลินทรีย์และคืนคาร์บอนสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของ CO₂. หลังจากการตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารชีวโมเลกุลและแร่ธาตุจากดินเหนียว นักวิจัยพบว่าประจุในสารชีวโมเลกุลและแร่ธาตุจากดินเหนียว โครงสร้างของสารชีวโมเลกุล ส่วนประกอบของโลหะธรรมชาติในดิน และการจับคู่ระหว่างสารชีวโมเลกุลมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บคาร์บอนในดิน  

การตรวจสอบอันตรกิริยาระหว่างแร่ดินเหนียวและชีวโมเลกุลแต่ละชนิดพบว่าการจับกันนั้นสามารถคาดเดาได้ เนื่องจากแร่ธาตุจากดินเหนียวมีประจุลบ สารชีวโมเลกุลที่มีส่วนประกอบที่มีประจุบวก (ไลซีน ฮิสทิดีน และทรีโอนีน) จึงมีการยึดเกาะที่แข็งแกร่ง การจับกันยังได้รับอิทธิพลจากว่าชีวโมเลกุลมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะจัดองค์ประกอบที่มีประจุบวกกับแร่ธาตุดินเหนียวที่มีประจุลบหรือไม่  

นอกเหนือจากประจุไฟฟ้าสถิตและลักษณะโครงสร้างของชีวโมเลกุลแล้ว พบว่าส่วนประกอบของโลหะธรรมชาติในดินมีบทบาทสำคัญในการเกาะกันผ่านการก่อตัวของสะพาน ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมและแคลเซียมที่มีประจุบวก ได้สร้างสะพานเชื่อมระหว่างโมเลกุลชีวภาพที่มีประจุลบกับแร่ธาตุจากดินเหนียว เพื่อสร้างพันธะที่บ่งบอกว่าส่วนประกอบของโลหะตามธรรมชาติในดินสามารถช่วยกักเก็บคาร์บอนในดินได้  

ในทางกลับกัน แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุลชีวภาพเองก็ส่งผลกระทบในทางลบต่อการยึดเกาะ ที่จริงแล้วพลังงานแรงดึงดูดระหว่างสารชีวโมเลกุลพบว่าสูงกว่าพลังงานแรงดึงดูดของสารชีวโมเลกุลต่อแร่ดินเหนียว ซึ่งหมายความว่าการดูดซึมของสารชีวโมเลกุลไปยังดินเหนียวลดลง ดังนั้น แม้ว่าการมีอยู่ของไอออนโลหะที่มีประจุบวกในดินจะเอื้อต่อการดักจับคาร์บอน แต่การจับคู่ด้วยไฟฟ้าสถิตระหว่างสารชีวโมเลกุลจะยับยั้งการดูดซับของสารชีวโมเลกุลกับแร่ธาตุจากดินเหนียว  

การค้นพบใหม่เหล่านี้เกี่ยวกับวิธีการ อินทรีย์ ชีวโมเลกุลของคาร์บอนจับกับแร่ธาตุดินเหนียวในดินสามารถช่วยปรับเปลี่ยนเคมีในดินได้อย่างเหมาะสมเพื่อรองรับการดักจับคาร์บอนจึงเป็นการปูทางไปสู่การแก้ปัญหาจากดินสำหรับ อากาศเปลี่ยนแปลง. 

*** 

อ้างอิง:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. และคณะ ศักยภาพในการกักเก็บทั่วโลกของคาร์บอนอินทรีย์ที่เพิ่มขึ้นในดิน Cropland ตัวแทนวิทยาศาสตร์ 7, 15554 (2017) https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C. , Amiraslani, F. , Chenu, C. และคณะ โครงการริเริ่ม 4p1000: โอกาส ข้อจำกัด และความท้าทายในการใช้การกักเก็บคาร์บอนอินทรีย์ในดินเป็นกลยุทธ์การพัฒนาที่ยั่งยืน แอมบิโอ 49, 350–360 (2020) https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS และ Aristilde L., 2024. การมีเพศสัมพันธ์ด้วยไฟฟ้าสถิตและการเชื่อมน้ำในลำดับชั้นการดูดซับของชีวโมเลกุลที่ส่วนต่อประสานของน้ำและดินเหนียว พนส. 8 กุมภาพันธ์ 2024.121 (7) e2316569121. ดอย: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***