Почвы Земли содержат более чем в три раза больше углерода, чем содержится в атмосфере, но процессы, которые связывают углерод в почве, все еще недостаточно изучены. Новое исследование описывает революционный метод визуализации физических и химических взаимодействий, которые связывают углерод в почве в почти атомных масштабах.

Улучшение понимания процессов переработки углерода может помочь исследователям разработать стратегии связывания большего количества углерода в почве, тем самым удерживая его вне атмосферы, где он соединяется с кислородом и действует как парниковый газ.

В новом исследовании ученые впервые показали, что углерод в почве взаимодействует как с минералами, так и с другими формами углерода из органических материалов. Например, со стенками бактериальных клеток и побочными продуктами микробов. Предыдущие исследования указывали только на слоистые взаимодействия между углеродом и минералами в почвах.

«Если есть упущенный из виду механизм, который может помочь нам удерживать больше углерода в почвах, то это поможет нашему климату», — подчеркивает старший автор Йоханнес Леманн, профессор Школы интегративных наук о растениях, Секции почвоведения и растениеводства в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни Корнельского университета.

Новый метод визуализации выявил слои углерода вокруг границ раздела между различными формами углерода. Это также показало, что азот играет важную роль в облегчении химических взаимодействий между органическими и минеральными интерфейсами.

Исследователи планировали использовать мощные электронные микроскопы для фокусировки электронных лучей до субатомных масштабов, но они обнаружили, что электроны изменяют и повреждают рыхлые и сложные образцы почвы. В результате им пришлось заморозить образцы примерно до минус –180°C, что уменьшило вредное воздействие лучей.

По словам Куркутиса, новый метод криогенной электронной микроскопии и спектроскопии позволит исследователям исследовать целый ряд границ раздела между мягкими и твердыми материалами.