Cambiamenti nell'uso del suolo, esaurimento dei nutrienti, e la siccità può far crescere le radici delle piante più in profondità nel terreno. Ma gli scienziati si chiedono come questa crescita influenzi il carbonio nel suolo. Un numero maggiore di radici che raggiungono gli strati profondi del suolo potrebbe comportare il sequestro di più carbonio? O questo disfacimento minerale causato dalle radici sbloccherà il carbonio più vecchio nei terreni profondi? Combinando tecniche di imaging avanzate, gli scienziati hanno esaminato l'impatto delle radici sui composti organici del carbonio e la loro associazione con i minerali nel suolo. I risultati suggeriscono che l'età e la composizione minerale del suolo, nonché la quantità di tempo in cui ha subito l'erosione provocata dalle radici, determinano se le radici promuovono lo stoccaggio o il rilascio di carbonio.

I suoli contengono più del doppio della quantità di carbonio immagazzinata nell'atmosfera. La maggior parte di questo carbonio risiede in suoli profondi, dove può essere conservato per millenni. Questo studio ha mostrato che l'attività delle radici in suoli relativamente giovani potrebbe far sì che il carbonio venga immagazzinato formando nuove associazioni tra minerali e composti organici del carbonio. In contrasto, l'attività radicale continuata nei suoli più vecchi può interrompere le associazioni esistenti e causare il rilascio di carbonio come anidride carbonica climatica. I risultati di questo studio potrebbero aiutare gli scienziati a determinare quali suoli possono immagazzinare meglio il carbonio in profondità e quali possono essere vulnerabili alla perdita di carbonio.

Scienziati dell'Università del Massachusetts, Università dell'Arizona, e U.S. Geological Survey hanno collaborato con due strutture per gli utenti DOE, la sorgente luminosa di radiazione di sincrotrone di Stanford e EMSL, il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, per esaminare terreni profondi da tre a più di cinque piedi sotto terra. Questi suoli avevano un'età compresa tra i 65, 000 a 226, 000 anni, e tutti avevano porzioni che erano state colpite dalla crescita ripetuta delle radici. Gli scienziati hanno utilizzato una suite di analisi in fase solida, alcuni resi possibili dalla spettrometria di massa del ciclotrone ionico a trasformata di Fourier ad alta risoluzione di EMSL e dalle capacità di spettroscopia Mössbauer, la sorgente luminosa a radiazione di sincrotrone di Stanford, e la microscopia a raggi X a trasmissione a scansione presso la Canadian Light Source.

La combinazione di queste tecniche ha fornito al team intuizioni uniche sulla natura delle associazioni tra minerali e composti di carbonio organico nel suolo, compresa la loro specificità, dimensione delle particelle, e composizione molecolare. I modelli di alterazione causata dalle radici sono in eccellente accordo con le condizioni riscontrate in luoghi con diversi tipi di suolo, clima, e vegetazione. I processi fondamentali scoperti in questo studio possono quindi essere utili per modellare le influenze delle radici delle piante sullo stoccaggio del carbonio nei suoli a livello globale.