Los suelos de la Tierra contienen más de tres veces la cantidad de carbono que se encuentra en la atmósfera, pero todavía no se conocen bien los procesos que unen el carbono al suelo.

Mejorar dicha comprensión puede ayudar a los investigadores a desarrollar estrategias para secuestrar más carbono en el suelo, manteniéndolo así fuera de la atmósfera donde se combina con el oxígeno y actúa como un gas de efecto invernadero.

Un nuevo estudio describe un método innovador para obtener imágenes de las interacciones físicas y químicas que secuestran carbono en el suelo a escalas casi atómicas. con unos resultados sorprendentes.

El estudio, "Interfaces organoorgánicas y organominerales en el suelo a escala nanométrica, "fue publicado el 30 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza .

En esa resolución, Los investigadores demostraron, por primera vez, que el carbono del suelo interactúa tanto con los minerales como con otras formas de carbono de los materiales orgánicos. tales como paredes de células bacterianas y subproductos microbianos. La investigación de imágenes anterior solo había apuntado a interacciones en capas entre el carbono y los minerales en los suelos.

"Si hay un mecanismo pasado por alto que puede ayudarnos a retener más carbono en los suelos, entonces eso ayudará a nuestro clima, "dijo el autor principal Johannes Lehmann, el profesor Liberty Hyde Bailey en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas, Sección de Ciencias de Suelos y Cultivos, en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida. Angela Possinger Ph.D. '19, quien era un estudiante de posgrado en el laboratorio de Lehmann y actualmente es un investigador postdoctoral en Virginia Tech University, es el primer autor del artículo.

Dado que la resolución de la nueva técnica está cerca de la escala atómica, los investigadores no están seguros de qué compuestos están analizando, pero sospechan que el carbono que se encuentra en los suelos probablemente provenga de los metabolitos producidos por los microbios del suelo y de las paredes celulares microbianas. "Con toda probabilidad, este es un cementerio microbiano, "Dijo Lehmann.

"Tuvimos un hallazgo inesperado en el que pudimos ver interfaces entre diferentes formas de carbono y no solo entre el carbono y los minerales, ", Dijo Possinger." Podríamos empezar a mirar esas interfaces y tratar de entender algo acerca de esas interacciones ".

La técnica reveló capas de carbono alrededor de esas interfaces orgánicas. También mostró que el nitrógeno era un actor importante para facilitar las interacciones químicas entre las interfaces orgánicas y minerales. Dijo Possinger.

Como resultado, los agricultores pueden mejorar la salud del suelo y mitigar el cambio climático a través del secuestro de carbono al considerar la forma de nitrógeno en las enmiendas del suelo, ella dijo.

Mientras cursaba su doctorado, Possinger trabajó durante años con físicos de Cornell, incluidos los coautores Lena Kourkoutis, profesor asociado de física aplicada e ingeniería, y David Muller, el Profesor Samuel B. Eckert de Ingeniería en Física Aplicada e Ingeniería, y codirector del Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala, para ayudar a desarrollar el método de varios pasos.

Los investigadores planearon utilizar potentes microscopios electrónicos para enfocar los haces de electrones a escalas subatómicas. pero encontraron que los electrones modifican y dañan muestras de suelo sueltas y complejas. Como resultado, tuvieron que congelar las muestras a menos 180 grados Celsius, que redujo los efectos nocivos de los rayos.

"Tuvimos que desarrollar una técnica que esencialmente mantiene las partículas del suelo congeladas durante todo el proceso de hacer rebanadas muy delgadas para observar estas pequeñas interfaces". "Dijo Possinger.

Luego, los haces podrían escanearse a través de la muestra para producir imágenes de la estructura y la química de una muestra de suelo y sus complejas interfaces. Dijo Kourkoutis.

"Nuestros colegas de física están liderando el camino a nivel mundial para mejorar nuestra capacidad de observar muy de cerca las propiedades de los materiales, ", Dijo Lehmann." Sin esa colaboración interdisciplinaria, estos avances no son posibles ".

La nueva técnica de espectroscopía y microscopía electrónica criogénica permitirá a los investigadores sondear una amplia gama de interfaces entre materiales blandos y duros. incluidos los que desempeñan un papel en la función de las baterías, pilas de combustible y electrolizadores, Dijo Kourkoutis.