Topraklar, dünya üzerindeki en büyük karbon depolarından biri. Atmosferde ısınmayı artıran karbonun önemli bir kısmı, toprakta kilitli halde tutuluyor. Ancak bilim insanları, bu kilitlemenin nasıl bu kadar uzun süre sürdüğünü hâlâ yeni yeni çözüyor.
Northwestern Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu sorunun yanıtında önemli bir rolü olan demir oksit minerallerini mercek altına aldı. Özellikle doğada çok yaygın bulunan ferrihidrit adlı mineralin, organik maddeleri nasıl bu kadar iyi “yakayıp bırakmadığını” detaylarıyla ortaya koydu. Çalışma Environmental Science & Technology dergisinde yayımlandı.
Topraktaki Karbonun Büyük Bir Kısmı Demir Oksitlerle Bağlantılı
Demir oksit mineralleri, toprakta depolanan organik karbonun üçte birinden fazlası ile ilişkili. Ferrihidrit de özellikle bitki köklerinin yakınında ve organik madde bakımından zengin topraklarda sık görülen bir mineral. Araştırmacılara göre bu mineral, organik maddeleri yüzeyine bağlayarak karbonun on yıllar hatta yüzyıllar boyunca toprakta kalmasına katkı sağlıyor. Böylece karbonun atmosfere geri dönmesi ve sera gazı etkisi oluşturması daha zor hale geliyor.
Ferrihidrit “Tek Bir Bağ” ile Yetinmiyor
Ferrihidritin en çarpıcı özelliği, organik maddeleri yüzeyine tuttururken tek bir yönteme bağlı kalmaması. Araştırma, bu mineralin adeta bir “çoklu kilit sistemi” gibi çalıştığını gösteriyor.
Ferrihidrit organik molekülleri:
- Önce elektrostatik çekimle yüzeye yaklaştırıyor,
- Ardından bazılarını demir atomlarıyla güçlü kimyasal bağlara dönüştürüyor,
- Bazılarını ise hidrojen bağlarıyla daha zayıf ama yaygın şekilde yüzeye tutuyor.
Bu sayede farklı türden organik bileşikler mineral yüzeyinde farklı biçimlerde tutulabiliyor.
Mineralin Yüzeyi Sanıldığı Kadar “Tek Tip” Değil
Ferrihidrit genelde pozitif yüklü kabul ediliyor. Normalde bu durum, sadece negatif yüklü bileşiklerin bağlanmasını bekletebilir. Fakat ferrihidritin hem negatif hem pozitif türlerle etkileşime girebildiği biliniyordu ve bunun nedeni net değildi.
Araştırma bu noktayı açıklığa kavuşturuyor: Ferrihidritin genel yükü pozitif olsa da, yüzeyinde mikroskobik ölçekte hem pozitif hem negatif yüklü küçük bölgeler bulunuyor. Yani mineralin yüzeyi “tek tip bir 
mıknatıs” gibi değil; farklı bölgeleri farklı molekülleri yakalayabiliyor. Bu da ferrihidritin çok geniş bir organik bileşik yelpazesini tutabilmesini sağlıyor.
Amino Asit, Şeker ve Ribonükleotitler Üzerinde Denendi
Araştırmacılar bu mekanizmayı görmek için ferrihidriti, toprakta sık karşılaşılan organik bileşiklerle bir araya getirdi. Denenen moleküller arasında amino asitler, bitki asitleri, şekerler ve ribonükleotitler yer aldı. Ölçümler, hangi bileşiğin ne kadar bağlandığını ve bağlanma türünü ortaya çıkardı.
Öne çıkan sonuçlar şöyle:
- Pozitif yüklü amino asitler, mineralin negatif yüklü yüzey bölgelerine tutunuyor.
- Negatif yüklü amino asitler, pozitif yüklü bölgelere bağlanıyor.
- Ribonükleotitler önce yüzeye çekiliyor, sonra demirle daha güçlü kimyasal bağlar kuruyor.
- Şekerler daha zayıf bağlanıyor ve çoğunlukla hidrojen bağlarıyla tutuluyor.
Bu Neden Önemli?
Toprak, yaklaşık 2.500 milyar ton karbon taşıyor ve bu dev depo iklim dengesi açısından kritik. Ferrihidrit gibi minerallerin organik karbonu nasıl koruduğunu anlamak, gelecekte toprakların karbonu ne kadar süre tutabileceğini ve iklim değişikliği altında bu dengenin nasıl değişebileceğini öngörmek için önemli.
Araştırma ekibi bir sonraki aşamada, mineral yüzeyine bağlanan bu organik moleküllerin zaman içinde nasıl değiştiğini incelemeyi planlıyor. Bazıları daha da kararlı hale gelip uzun süre dayanabilirken, bazıları mikroorganizmalar için yeniden erişilebilir hale gelebilir.
Kaynak: citechdaily.com
