I suoli della Terra contengono più di tre volte la quantità di carbonio di quella che si trova nell'atmosfera, ma i processi che legano il carbonio nel suolo non sono ancora ben compresi.

Migliorare tale comprensione può aiutare i ricercatori a sviluppare strategie per sequestrare più carbonio nel suolo, tenendolo così fuori dall'atmosfera dove si combina con l'ossigeno e agisce come un gas serra.

Un nuovo studio descrive un metodo rivoluzionario per l'imaging delle interazioni fisiche e chimiche che sequestrano il carbonio nel suolo su scala quasi atomica, con alcuni risultati sorprendenti.

Lo studio, "Interfacce organo-organiche e organo-minerali nel suolo alla scala nanometrica, " è stato pubblicato il 30 novembre in Comunicazioni sulla natura .

A quella delibera, i ricercatori hanno dimostrato, per la prima volta, che il carbonio del suolo interagisce sia con i minerali che con altre forme di carbonio da materiali organici, come pareti cellulari batteriche e sottoprodotti microbici. La precedente ricerca di imaging aveva indicato solo interazioni a strati tra carbonio e minerali nei suoli.

"Se esiste un meccanismo trascurato che può aiutarci a trattenere più carbonio nei suoli, allora questo aiuterà il nostro clima, ", ha affermato l'autore senior Johannes Lehmann, il professore di Liberty Hyde Bailey alla School of Integrative Plant Science, Sezione Scienze del suolo e delle colture, presso la Facoltà di Agraria e Scienze della Vita. Angela Possinger Ph.D. '19, che era uno studente laureato nel laboratorio di Lehmann ed è attualmente ricercatore post-dottorato presso la Virginia Tech University, è il primo autore dell'articolo.

Poiché la risoluzione della nuova tecnica è vicina alla scala atomica, i ricercatori non sono sicuri di quali composti stiano guardando, ma sospettano che il carbonio trovato nei suoli provenga probabilmente dai metaboliti prodotti dai microbi del suolo e dalle pareti cellulari microbiche. "Ogni probabilità, questo è un cimitero microbico, " ha detto Lehmann.

"Abbiamo avuto una scoperta inaspettata in cui potevamo vedere le interfacce tra diverse forme di carbonio e non solo tra carbonio e minerali, "Possinger ha detto. "Potremmo iniziare a guardare quelle interfacce e cercare di capire qualcosa su quelle interazioni".

La tecnica ha rivelato strati di carbonio attorno a quelle interfacce organiche. Ha anche dimostrato che l'azoto era un attore importante per facilitare le interazioni chimiche tra le interfacce sia organiche che minerali, disse Possessore.

Di conseguenza, gli agricoltori possono migliorare la salute del suolo e mitigare i cambiamenti climatici attraverso il sequestro del carbonio considerando la forma di azoto negli ammendanti del suolo, lei disse.

Mentre perseguiva il dottorato, Possinger ha lavorato per anni con i fisici della Cornell, inclusi i coautori Lena Kourkoutis, professore associato di fisica applicata e ingegneria, e David Muller, il Samuel B. Eckert Professor of Engineering in Applied and Engineering Physics, e il co-direttore del Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, per aiutare a sviluppare il metodo multi-step.

I ricercatori hanno pianificato di utilizzare potenti microscopi elettronici per focalizzare i fasci di elettroni su scale subatomiche, ma hanno scoperto che gli elettroni modificano e danneggiano campioni di terreno sciolti e complessi. Di conseguenza, hanno dovuto congelare i campioni a circa meno 180 gradi Celsius, che riduceva gli effetti nocivi delle travi.

"Abbiamo dovuto sviluppare una tecnica che essenzialmente mantiene congelate le particelle di terreno durante il processo di creazione di fette molto sottili per osservare queste minuscole interfacce, "Disse Possessore.

I fasci potrebbero quindi essere scansionati attraverso il campione per produrre immagini della struttura e della chimica di un campione di suolo e delle sue complesse interfacce, disse Kourkoutis.

"I nostri colleghi di fisica stanno aprendo la strada a livello globale per migliorare la nostra capacità di esaminare molto da vicino le proprietà dei materiali, " ha detto Lehmann. "Senza tale collaborazione interdisciplinare, queste scoperte non sono possibili.".

La nuova tecnica criogenica di microscopia elettronica e spettroscopia consentirà ai ricercatori di sondare un'intera gamma di interfacce tra materiali morbidi e duri, compresi quelli che svolgono ruoli nella funzione delle batterie, celle a combustibile ed elettrolizzatori, disse Kourkoutis.