การดักจับคาร์บอนในดินทำงานอย่างไรและกัญชาช่วยได้อย่างไร?

การกักเก็บคาร์บอนในดินอาจเป็นทางออกด้านสิ่งแวดล้อม

เราทราบกันดีว่าดินที่มีสุขภาพดีจะกักเก็บคาร์บอนจำนวนมากจากชั้นบรรยากาศ นักวิทยาศาสตร์พบว่าไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป ใหม่ การศึกษา ลดความหวังในการดักจับคาร์บอนโดยดิน

กัญชาดูดซับคาร์บอนหรือไม่?

ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้วว่าป่านอุตสาหกรรม ดูดซับ CO2 มากขึ้นต่อเฮกตาร์ มากกว่าการปลูกป่าหรือการปลูกพืชเงินสดดังนั้นจึงถือเป็นอ่างคาร์บอนในอุดมคติ นอกจากนี้ CO2 ยังถูกผูกไว้อย่างถาวรในเส้นใยซึ่งใช้สำหรับทุกสิ่ง สิ่งทอ เป็นกระดาษและเป็นวัสดุก่อสร้าง

การเติบโตอย่างรวดเร็วของป่านทำให้เป็นหนึ่งในเครื่องมือการแปลงชีวมวล CO2 ที่เร็วที่สุดที่มีอยู่มีประสิทธิภาพมากกว่าวนเกษตร สามารถปลูกพืชได้ถึงสองชนิดต่อปีซึ่งจะเพิ่มการดูดซึม CO2 เป็นสองเท่า

แม้ว่าการเกษตรแบบปฏิรูปจะไม่มีคำจำกัดความที่เป็นสากล แต่คำนี้มักใช้เพื่ออธิบายการปฏิบัติที่มุ่งส่งเสริมสุขภาพของดินโดยการคืนคาร์บอนอินทรีย์ให้กับดิน ดินของโลกกักเก็บคาร์บอนไว้มากกว่าชั้นบรรยากาศหลายเท่าโดยทำหน้าที่เป็น "อ่างล้างคาร์บอน" ตามธรรมชาติ แต่ทั่วโลกสต็อกคาร์บอนในดินลดลงเนื่องจากปัจจัยต่างๆเช่นการเปลี่ยนภูมิทัศน์พื้นเมืองไปเป็นพื้นที่เพาะปลูกและการเพาะปลูกมากเกินไป เป้าหมายประการหนึ่งของการฟื้นฟูคือการใช้คาร์บอนบางส่วนที่พืชดูดขึ้นมาจากชั้นบรรยากาศเพื่อช่วยฟื้นฟูคาร์บอนในดิน

การถ่ายภาพ 4 มิติเผยให้เห็นกลไกการป้องกันและการปลดปล่อยดินเหนียวและคาร์บอน

หลังจาก'ประกาศ Elon Muskคาร์บอนกำลังกลายเป็นความท้าทายด้านสภาพอากาศที่ไม่ธรรมดาและป่านอาจมีบทบาทพื้นฐาน

การเพาะปลูกคาร์บอนเป็นหัวใจสำคัญของกลยุทธ์ด้านสภาพอากาศ แต่การวิจัยใหม่ทำให้สมมติฐานทั่วไปซับซ้อนเกี่ยวกับวิธีการทำงาน

ในเดือนพฤศจิกายนกลุ่มอดีตเจ้าหน้าที่และที่ปรึกษาของประธานาธิบดีไบเดนมากกว่า 150 คนได้ประชุมกัน เผยแพร่รายการคำแนะนำ ตั้งใจจะช่วยให้การบริหารของเขา "เริ่มต้น" กับวิกฤตสภาพภูมิอากาศ ในบรรดาข้อเสนอที่สำคัญที่สุดคือการสร้าง "ธนาคารคาร์บอน" ของรัฐบาลกลางซึ่งจะจ่ายเงินให้เกษตรกรผู้ปลูกเพื่อนำแนวทางการอนุรักษ์เช่นการปลูกพืชคลุมดินและการงดปลูกพืชในไร่ของตน

กัญชาจับคาร์บอนในดินในทางทฤษฎีได้อย่างไร?

ดินดูดซับการปล่อยคาร์บอนจากมนุษย์ประมาณ 20% ต่อปีและดินเหนียวเป็นวัสดุดักจับคาร์บอนหลักชนิดหนึ่ง แม้ว่าการดูดซับในดินเหนียวเป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าจะชะลอการสลายตัวของจุลินทรีย์ของอินทรียวัตถุในดิน แต่การย่อยสลายคาร์บอนอินทรีย์ที่เพิ่มขึ้นที่เกี่ยวข้องกับดินเหนียวได้รับการปฏิบัติภายใต้เงื่อนไขบางประการ เงื่อนไขที่ดินเหนียวมีผลต่อการสลายตัวของจุลินทรีย์ยังคงไม่แน่นอนเนื่องจากกลไกของปฏิกิริยาระหว่างดินกับคาร์บอนอินทรีย์ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ 

การศึกษานี้แสดงให้เห็นพลวัตของการดูดซับคาร์บอนและการปลดปล่อยสปาติโอเทมโพราลในมวลรวมของดินเหนียวแบบจำลองและบทบาทของการสลายตัวของเอนไซม์โดยการจินตนาการถึงดินสเมกไทต์ที่โปร่งใสโดยตรงบนชิปไมโครฟลูอิดิก เราแสดงให้เห็นว่าการป้องกันดิน - คาร์บอนเกิดจากการดูดซับน้ำตาลที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงที่แทบจะกลับไม่ได้ภายในมวลรวมของดินเหนียวและการแยกแบคทีเรียออกจากมวลรวมเหล่านี้ เราแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนที่ได้รับการปกป้องทางกายภาพนี้สามารถแยกย่อยออกเป็นชิ้นส่วนที่ปล่อยออกมาในสารละลายได้ นอกจากนี้เราขอแนะนำการปรับปรุงที่เกี่ยวข้องสำหรับแบบจำลองคาร์บอนในดิน

แนวคิดพื้นฐานคือกิจกรรมเหล่านี้ช่วยให้พืชดูดคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศและนำมันลงสู่ดินเปลี่ยนพื้นที่เพาะปลูกให้เป็นฟองน้ำขนาดใหญ่ที่สามารถดูดซับก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดที่เราปล่อยออกมาและกักเก็บความร้อน ธนาคารคาร์บอนจะสนับสนุนให้เกษตรกรนำแนวทางปฏิบัติดังกล่าวมาใช้ ในที่สุดอดีตเจ้าหน้าที่แนะนำว่ารัฐบาลกลางสามารถขายคาร์บอนเครดิตเหล่านี้ต่อไปให้กับ บริษัท ที่ก่อมลพิษที่ต้องการชดเชยการปล่อยมลพิษของตนเอง

แต่ยังมีอีกหลายอย่างที่เรายังไม่รู้เกี่ยวกับการกักเก็บคาร์บอนในดิน: วิธีการวัดอย่างถูกต้องวิธีการกำหนดราคาและการปฏิบัติที่เพิ่มขึ้นจริง ในสัปดาห์นี้การวิจัยได้เปิดพื้นที่เพิ่มเติมของความไม่แน่นอน: การศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างคาร์บอนดินและเอนไซม์ในดินทำให้เกิดคำถามใหม่เกี่ยวกับเวลาที่อยู่อาศัยที่แท้จริงของคาร์บอนที่จับได้ในดิน

ในการศึกษาล่าสุดนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันได้ออกแบบชุดการทดลองที่ช่วยให้พวกเขาสังเกตว่าโมเลกุลของคาร์บอนเกาะและลอกดินเหนียวออกมาได้อย่างไรซึ่งเป็นส่วนสำคัญของดินที่กักเก็บคาร์บอน

นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่าจุลินทรีย์ปล่อยคาร์บอนบางส่วนออกมาในกระบวนการสลายอินทรียวัตถุในดิน แต่ข้อสันนิษฐานที่มีมานานคือดินเหนียวสามารถขัดขวางกระบวนการนี้ได้โดยการจับกับคาร์บอนและปกป้องมันจากกิจกรรมของจุลินทรีย์.

การค้นพบใหม่ซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันพุธใน Nature Communications ทำให้เกิดคำถามถึงความน่าเชื่อถือของสมมติฐานนี้

อันดับแรกจูดี้หยางผู้เขียนนำไปสู่การบ่มโมเลกุลของคาร์บอนแบคทีเรียในดินทั่วไปและก้อนดินก้อนเล็ก ๆ ซึ่งเรียกกันอย่างเป็นทางการว่าดินเหนียวในจานเพาะเชื้อ ภายใต้กล้องจุลทรรศน์เธอค้นพบว่าเมื่อเวลาผ่านไปแบคทีเรียมีขนาดใหญ่เกินกว่าที่จะเจาะดินได้ดังนั้นจึงไม่สามารถเข้าถึงคาร์บอนที่เก็บไว้ในนั้นได้โดยตรง นี่เป็นข่าวดี - หมายความว่าจุลินทรีย์ได้รับการป้องกันไม่ให้สลายโมเลกุลของคาร์บอนและปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ

อย่างไรก็ตามในการทดลองอื่น Yang ได้นำเอนไซม์โปรตีนที่ปล่อยออกมาจากแบคทีเรียและเชื้อราเพื่อช่วยในการแปรรูปอาหารเป็นภาพนิ่งของกล้องจุลทรรศน์ดัดแปลงที่มีโมเลกุลของดินเหนียวและคาร์บอน เอนไซม์มีขนาดเล็กกว่าแบคทีเรียมากและด้วยเหตุนี้พวกมันจึงไม่เพียง แต่สามารถแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างของดินเหนียวเท่านั้น แต่ยังช่วยปลดปล่อยโมเลกุลคาร์บอนเกือบทั้งหมดภายในไม่กี่ชั่วโมง เมื่อคาร์บอนถูกปล่อยออกมาจากมวลรวมของดินเหนียวแบคทีเรียในดินจะสามารถเข้าถึงได้อีกครั้งซึ่งสามารถปลดปล่อยออกมาจากดินได้เมื่อเวลาผ่านไป กระบวนการนี้อาจทำให้ดินจับตัวเป็นอ่างคาร์บอนชั่วคราวได้มากกว่าที่คาดไว้

นักวิทยาศาสตร์กลัวว่าระดับคาร์บอนในชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้นและอุณหภูมิที่สูงขึ้นกำลังทำให้เราเข้าใกล้การกระตุ้นให้เกิดการย้อนกลับของวงจรป้อนกลับคาร์บอนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่ทำลายล้างได้ในวัฏจักรของดิน

“ ก่อนหน้านี้เราเชื่อว่าคาร์บอนที่อยู่ในดินเหนียวไม่สามารถปล่อยออกมาได้ภายในกรอบเวลาที่สังเกตได้” Yang อดีตเพื่อนร่วมปริญญาเอกของ Princeton และปัจจุบันเป็นรองศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตา “ แต่เราได้เห็นแล้วว่าการเปิดตัวนี้จะเกิดขึ้นในอีกไม่กี่ชั่วโมง เอนไซม์สามารถซึมผ่านดินเหนียวและสามารถปลดปล่อยคาร์บอนที่ปกป้องโดยดินเหนียว หากสิ่งนี้เกิดขึ้นกับเอนไซม์ประเภทนี้ก็อาจเกิดขึ้นกับคนอื่น ๆ เช่นกัน "

จะเห็นได้ชัดว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในห้องทดลองของ Yang เป็นการจำลองสิ่งที่ง่ายขึ้นอย่างมากเกี่ยวกับสิ่งที่อาจเกิดขึ้นในสนามโดยมีตัวแปรมากมายเช่นองค์ประกอบอื่น ๆ ของชีวิตจุลินทรีย์และดิน

อย่างไรก็ตามการศึกษาดังกล่าวช่วยชี้ให้เห็นถึงกรณีที่พบว่าดินปล่อยคาร์บอนออกมามากกว่าที่คาดไว้ภายใต้เงื่อนไขบางประการนักวิทยาศาสตร์กังวลที่กลัวว่าการเพิ่มขึ้นของระดับคาร์บอนในชั้นบรรยากาศและอุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้เราเข้าใกล้การกระตุ้นให้เกิดคาร์บอนที่กลับไม่ได้ แต่ทำลายล้างได้ - การสร้างลูปข้อเสนอแนะในวัฏจักรของดิน

ลู่ทางใหม่สำหรับการวิจัยดิน

นี่ไม่ได้หมายความว่าสุขภาพของดินเป็นสาเหตุที่ไม่คู่ควรหรือการจัดเก็บนั้นไร้ประโยชน์โดยสิ้นเชิง ในทางตรงกันข้ามข้อสรุปของวันพุธสามารถทำได้ เสนอแนวทางใหม่สำหรับการวิจัยเกี่ยวกับดินRattan Lal ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดินและผู้อำนวยการศูนย์การจัดการและการจับคาร์บอนของมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตตกล่าว ซึ่งรวมถึงความพยายามในการทำความเข้าใจวิธีช่วยให้ดินเหนียวกักเก็บคาร์บอนได้ดีขึ้น

“ บางทีศักยภาพที่ดีในการกักเก็บคาร์บอนที่ผู้คนคิดว่าจะไม่ถาวรอย่างที่พวกเขาคาดหวัง "

“ มีกลไกหลายอย่างที่ทำให้มวลรวมของดินเหนียวแตกได้” Lal กล่าวโดยเน้นการปฏิบัติเช่นการไถพรวนและการใช้ปุ๋ย "วัตถุประสงค์ของ การจัดการที่ยั่งยืน คือการลดกิจกรรมที่ทำลายมวลรวม”

ประธานาธิบดี Biden ได้ลงนามในคำสั่งบริหารที่สั่งให้รัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรพัฒนาแผนสภาพภูมิอากาศ

แม้จะมีความไม่แน่นอนที่มีอยู่และเกิดขึ้นใหม่โดยรอบว่าดินสามารถทำหน้าที่เป็นอ่างคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใดแนวคิดของธนาคารคาร์บอนของรัฐบาลกลางก็มีแนวโน้มที่จะได้รับแรงผลักดันต่อไปภายใต้การบริหารของ Biden เมื่อวันพุธที่ผ่านมาประธานาธิบดีได้ลงนามในพระราชกฤษฎีกาสั่งให้รัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตร (ยังไม่ได้รับการยืนยัน) ให้จัดทำแผนแม่บทเกี่ยวกับ "วิธีการส่งเสริมให้มีการปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติด้านการเกษตรและป่าไม้ที่เป็นมิตรกับสภาพภูมิอากาศโดยสมัครใจซึ่งส่งผลให้มีการลดและดักจับคาร์บอนเพิ่มเติมที่วัดได้และตรวจสอบได้ ” ภายใน 150 วัน

แนวคิดนี้มีน้ำหนักมากเนื่องจากได้รับการสนับสนุนจากพรรคสองฝ่ายเช่นเดียวกับการสนับสนุนจากกลุ่มเกษตรกรธุรกิจการเกษตรและนักแสดงอื่น ๆ ที่คาดว่าจะได้รับผลประโยชน์ทางการเงิน

การกักเก็บคาร์บอนในดินมักถูกนำเสนอเป็นทางออกที่ชนะเลิศโดยทั้งกลุ่มสิ่งแวดล้อมและ บริษัท เอกชน: กลุ่มผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในวงกว้างรวมถึงผู้สนับสนุนองค์กรที่ไม่แสวงหาผลกำไร บริษัท แปรรูปอาหารที่ใหญ่ที่สุดหลายแห่งของประเทศและล็อบบี้ทางการเกษตรได้จัดเตรียมไว้ให้ การสนับสนุนสำหรับการปฏิรูปการปฏิบัติ บางรัฐเช่นแคลิฟอร์เนียเป็นผู้นำในการจ่ายเงินให้เกษตรกรเพื่อกักเก็บคาร์บอน และในกรณีที่ไม่มีธนาคารคาร์บอนแห่งชาติที่ดำเนินการโดยสาธารณะ บริษัท เอกชนหลายแห่งได้ผุดขึ้นมาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเพื่อเติมเต็มความว่างเปล่า

แนวคิดนี้มีน้ำหนักมากเนื่องจากได้รับการสนับสนุนจากฝ่ายต่างๆรวมทั้งการสนับสนุนจากกลุ่มฟาร์มธุรกิจการเกษตรและนักแสดงอื่น ๆ ที่จะได้รับประโยชน์ทางการเงินจากแนวคิดนี้ สิ่งเดียวกันนี้ไม่สามารถพูดถึงคนอื่นได้ แนวทางปฏิบัติที่จะลดการปล่อยมลพิษที่แหล่งกำเนิด.

"ถ้าเราเริ่มบอกว่าเรากำลังจะเรียกร้องให้ลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลหรือว่าเราจะเรียกร้องให้มีการใช้น้ำมันเบนซินในรถยนต์เพิ่มขึ้นหรือเรากำลังจะรื้อถอนพลังงานถ่านหิน โรงงานและติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์มีการวิ่งเต้นต่อต้านสิ่งเหล่านี้มากมาย” นายชเลซิงเกอร์กล่าว “ แทบไม่มีใครไม่พอใจกับการลดคาร์บอนในดิน ผู้สนับสนุนด้านสภาพภูมิอากาศอาจพูดว่า "มันช่วยเรื่องสภาพอากาศ" เกษตรกรอาจพูดว่า“ มันทำให้ดินของฉันอุดมสมบูรณ์มากขึ้น สิ่งที่ฉันหมายถึงก็คือทั้งหมดนี้อาจเป็นจริง แต่จะทำอะไรให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือไม่? "