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Vers une solution basée sur le sol pour le changement climatique 

Une nouvelle étude a examiné les interactions entre les biomolécules et les minéraux argileux du sol et a mis en lumière les facteurs qui influencent le piégeage du carbone d'origine végétale dans le sol. Il a été constaté que la charge sur les biomolécules et les minéraux argileux, la structure des biomolécules, les constituants métalliques naturels du sol et l'appariement entre les biomolécules jouent un rôle clé dans la séquestration du carbone dans le sol. Alors que la présence d'ions métalliques chargés positivement dans les sols favorisait le piégeage du carbone, l'appariement électrostatique entre les biomolécules inhibait l'adsorption des biomolécules sur les minéraux argileux. Les résultats pourraient être utiles pour prédire les compositions chimiques du sol les plus efficaces pour piéger le carbone dans le sol, ce qui pourrait à son tour ouvrir la voie à des solutions basées sur le sol pour réduire le carbone dans l'atmosphère et lutter contre le réchauffement climatique et le changement climatique.   

Le cycle du carbone implique le mouvement du carbone de l’atmosphère vers les plantes et les animaux de la Terre, puis vers l’atmosphère. L’océan, l’atmosphère et les organismes vivants sont les principaux réservoirs ou puits à travers lesquels le carbone circule. Beaucoup de carbone est stocké/séquestré dans les roches, les sédiments et les sols. Les organismes morts dans les roches et les sédiments pourraient devenir des combustibles fossiles au fil des millions d’années. La combustion de combustibles fossiles pour répondre aux besoins énergétiques libère une grande quantité de carbone dans l’atmosphère, ce qui a fait basculer le bilan carbone atmosphérique et contribué au réchauffement climatique et au changement climatique qui en résulte.  

Des efforts sont déployés pour limiter le réchauffement climatique à 1.5°C par rapport aux niveaux préindustriels d’ici 2050. Pour limiter le réchauffement climatique à 1.5°C, les émissions de gaz à effet de serre doivent culminer avant 2025 et être réduites de moitié d’ici 2030. Cependant, le récent bilan mondial a a révélé que le monde n’est pas sur la bonne voie pour limiter la hausse des températures à 1.5°C d’ici la fin de ce siècle. La transition n’est pas assez rapide pour parvenir à une réduction de 43 % des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2030, ce qui pourrait limiter le réchauffement climatique dans le cadre des ambitions actuelles. 

C'est dans ce contexte que le rôle de la matière organique du sol carbone (COS) dans le changement climatique gagne en importance à la fois en tant que source potentielle d’émission de carbone en réponse au réchauffement climatique et en tant que puits naturel de carbone atmosphérique.  

Malgré la charge historique de carbone (c'est-à-dire l'émission d'environ 1,000 1750 milliards de tonnes de carbone depuis XNUMX, lorsque la révolution industrielle a commencé), toute augmentation de la température mondiale a le potentiel de libérer davantage de carbone du sol dans l'atmosphère, d'où l'impératif de conserver l'énergie existante. stocks de carbone du sol.   

Le sol comme puits de carbone organique 

Le sol reste le deuxième plus grand puits de carbone organique sur Terre (après l'océan). Il contient environ 2,500 0.90 milliards de tonnes de carbone, soit environ dix fois la quantité contenue dans l’atmosphère, mais il possède pourtant un énorme potentiel inexploité pour séquestrer le carbone atmosphérique. Les terres cultivées pourraient piéger entre 1.85 et 1 pétagrammes (10 Pg = XNUMX15 grammes) de carbone (Pg C) par an, ce qui représente environ 26 à 53 % de l’objectif du «4 par initiative 1000» (c’est-à-dire qu’un taux de croissance annuel de 0.4 % des stocks mondiaux de carbone organique du sol peut compenser l’augmentation actuelle des émissions de carbone dans l’atmosphère et contribuer à atteindre l’objectif climatique). Cependant, l’interaction des facteurs influençant le piégeage de la matière organique végétale dans le sol n’est pas très bien comprise. 

Qu'est-ce qui influence le blocage du carbone dans le sol  

Une nouvelle étude met en lumière ce qui détermine si une matière organique végétale sera piégée lorsqu'elle pénètre dans le sol ou si elle finira par nourrir des microbes et renvoyer du carbone dans l'atmosphère sous forme de CO.2. Après avoir examiné les interactions entre les biomolécules et les minéraux argileux, les chercheurs ont découvert que la charge des biomolécules et des minéraux argileux, la structure des biomolécules, les constituants métalliques naturels du sol et l'appariement entre les biomolécules jouent un rôle clé dans la séquestration du carbone dans le sol.  

L'examen des interactions entre les minéraux argileux et les biomolécules individuelles a révélé que la liaison était prévisible. Étant donné que les minéraux argileux sont chargés négativement, les biomolécules contenant des composants chargés positivement (lysine, histidine et thréonine) ont connu une forte liaison. La liaison est également influencée par le fait qu'une biomolécule est suffisamment flexible pour aligner ses composants chargés positivement avec les minéraux argileux chargés négativement.  

Outre la charge électrostatique et les caractéristiques structurelles des biomolécules, les constituants métalliques naturels du sol jouent un rôle important dans la liaison par la formation de ponts. Par exemple, le magnésium et le calcium chargés positivement ont formé un pont entre les biomolécules chargées négativement et les minéraux argileux pour créer une liaison suggérant que les constituants métalliques naturels du sol peuvent faciliter le piégeage du carbone dans le sol.  

D’un autre côté, l’attraction électrostatique entre les biomolécules elles-mêmes a eu un impact négatif sur la liaison. En fait, l’énergie d’attraction entre les biomolécules s’est avérée supérieure à l’énergie d’attraction d’une biomolécule vers le minéral argileux. Cela signifiait une diminution de l’adsorption des biomolécules sur l’argile. Ainsi, alors que la présence d’ions métalliques chargés positivement dans les sols favorisait le piégeage du carbone, l’appariement électrostatique entre les biomolécules inhibait l’adsorption des biomolécules sur les minéraux argileux.  

Ces nouvelles découvertes sur la façon dont les biomolécules de carbone organique se lient aux minéraux argileux du sol pourraient aider à modifier la chimie du sol de manière appropriée pour favoriser le piégeage du carbone, ouvrant ainsi la voie à des solutions basées sur le sol pour lutter contre le changement climatique. 

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Références:  

  1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Potentiel mondial de séquestration de l’augmentation du carbone organique dans les sols des terres cultivées. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 
  1. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. L'initiative 4p1000 : Opportunités, limites et défis pour la mise en œuvre de la séquestration du carbone organique des sols en tant que stratégie de développement durable. Ambio 49, 350-360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  
  1. Wang J., Wilson RS et Aristilde L., 2024. Couplage électrostatique et pontage d'eau dans la hiérarchie d'adsorption de biomolécules aux interfaces eau-argile. PNAS. 8 février 2024.121 (7) e2316569121. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Journaliste scientifique | Rédacteur fondateur, magazine Scientific European

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