تقنية جديدة تحدد نسبة الكربون في التربة بدقة

تحتوي تربة الأرض على أكثر من ثلاثة أضعاف كمية الكربون الموجودة في الغلاف الجوي، لكن العمليات التي تربط الكربون في التربة لا تزال غير مفهومة جيدًا.

قد يساعد تحسين هذا المفهوم الباحثين في تطوير استراتيجيات لعزل المزيد من الكربون في التربة، وبالتالي إبعاده عن الغلاف الجوي؛ حيث يتحد مع الأكسجين ويعمل كغازات دفيئة.

وتصف دراسة جديدة طريقة اختراق لتصوير التفاعلات الفيزيائية والكيميائية التي تحبس الكربون في التربة، مع بعض النتائج المدهشة.

في هذه الدراسة، أظهر الباحثون -لأول مرة- أن الكربون في التربة يتفاعل مع كل من المعادن والأشكال الأخرى للكربون من المواد العضوية، مثل جدران الخلايا البكتيرية والميكروبات. بينما أشارت أبحاث التصوير السابقة فقط إلى التفاعلات الطبقية بين الكربون والمعادن في التربة.

وقال كبير مؤلفي الدراسة “يوهانس ليمان”؛ أستاذ في كلية علوم النبات المتكاملة، قسم علوم التربة والمحاصيل: “إذا كانت هناك آلية تم التغاضي عنها يمكن أن تساعدنا في الاحتفاظ بمزيد من الكربون في التربة، فإن ذلك سيساعد مناخنا”.

ونظرًا لأن دقة التقنية الجديدة قريبة من النطاق الذري؛ فإن الباحثين ليسوا متأكدين من المركبات التي يبحثون عنها، لكنهم يشكون في أن الكربون الموجود في التربة من المحتمل أن يكون من المستقلبات التي تنتجها ميكروبات التربة ومن جدران الخلايا الميكروبية.

وأوضح “ليمان”: “في جميع الاحتمالات، هذه مقبرة ميكروبية”. بينما قال باحث آخر: “توصلنا إلى اكتشاف غير متوقع؛ حيث يمكننا رؤية واجهات بين أشكال مختلفة من الكربون وليس فقط بين الكربون والمعادن. ويمكننا البدء في النظر إلى تلك الواجهات ومحاولة فهم شيء ما عن تلك التفاعلات”.

وكشفت التقنية عن طبقات من الكربون حول تلك الواجهات العضوية. إن النيتروجين كان لاعبًا مهمًا في تسهيل التفاعلات الكيميائية بين السطوح العضوية والمعدنية. ونتيجة لذلك؛ يمكن للمزارعين تحسين صحة التربة والتخفيف من تغير المناخ؛ من خلال عزل الكربون.

وخطط الباحثون لاستخدام المجاهر الإلكترونية القوية؛ لتركيز حزم الإلكترون وصولًا إلى المقاييس الذرية الفرعية، لكنهم وجدوا أن الإلكترونات تعدل وتتلف عينات التربة المعقدة. ونتيجة لذلك؛ اضطروا إلى تجميد العينات إلى حوالي 180 درجة مئوية تحت الصفر؛ ما قلل من الآثار الضارة للحزم.

وأضاف “ليمان”: ” زملاؤنا في الفيزياء يقودون الطريق عالميًا لتحسين قدرتنا على البحث عن كثب في خصائص المواد. بدون هذا التعاون متعدد التخصصات، فإن هذه الاختراقات غير ممكنة”.

إن تقنية المجهر الإلكتروني المبردة الجديدة وتقنية التحليل الطيفي ستسمح للباحثين بفحص مجموعة كاملة من الواجهات بين المواد اللينة والصلبة، بما في ذلك التي تلعب دورًا في وظيفة البطاريات وخلايا الوقود والمحللات الكهربائية.

يذكر أنه تم تمويل الدراسة من قِبل المؤسسة الوطنية للعلوم، ومعهد الجامعة التقنية في ميونيخ للدراسات المتقدمة، ومؤسسة أندرو دبليو ميلون، ومؤسسة خريجي كلية كورنيل للزراعة وعلوم الحياة.

ونُشرت الدراسة باسم: “الواجهات العضوية والمعدنية في التربة بمقياس نانومتر”، في 30 نوفمبر الماضي، بمجلة “Nature” العملية.

اقرأ أيضًا:

تقنية جديدة لتحويل قشر البطاطس إلى سماد