Khi nói đến việc lưu trữ carbon trong lòng đất, nấm có thể là chìa khóa giải quyết vấn đề này.
Như chúng ta đã biết, đất là một kho chứa carbon khổng lồ, chứa lượng carbon gấp ba lần bầu khí quyển của Trái đất. Bí mật đằng sau việc lưu trữ carbon này là các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn và một số loại nấm, chúng biến đổi vật chất chết và phân hủy thành đất giàu carbon.
Nhưng không phải tất cả các hợp chất cacbon do vi sinh đất tạo ra đều như nhau. Một số có thể tồn tại hàng thập kỷ hoặc thậm chí hàng thế kỷ trong đất, trong khi một số khác bị vi khuẩn tiêu thụ nhanh chóng và chuyển hóa thành carbon dioxide bị mất vào khí quyển. Giờ đây, một nghiên cứu cho thấy rằng các loại đất giàu nấm được trồng trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã thải ra ít khí cacbonic khi đun nóng hơn so với các loại đất khác.
Nhà vi sinh vật học Luiz Domeignoz-Horta và các đồng nghiệp báo cáo ngày 6/11 trên tạp chí ISME Communications, kết quả cho thấy nấm rất cần thiết để tạo ra đất cô lập carbon trong trái đất.
Nguồn Carbon Của Vi Sinh Vật Đến Từ Đâu
Ắt hẳn mọi người chúng ta làm việc trong lĩnh vực vi sinh nói chung và sinh học trong nước thải nói riêng thì ai cũng quen với việc nuôi cấy vi sinh. Nói đến “nuôi” thì chúng ta đều nghĩ ngay đến dinh dưỡng và cho ăn. Vi sinh cũng vậy chúng cũng cần chất dinh dưỡng để ăn để sống và hoạt động. Hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về nguồn dinh dưỡng carbon của vi sinh, để xem chúng bắt nguồn từ đâu và vi sinh vật (VSV) sẽ sử dụng chúng như thế nào?
Như đã trình bày ở nhiều bài chia sẻ trước, nguồn dinh dưỡng chính của VSV gồm có 3 nguôn tố C-N-P. Trong đó tỷ lệ C:N:P=100:5:1. Có thể thấy lượng carbon chiểm tỷ trọng rất lớn về nguồn cơ chất của vi sinh, nó gấp 20 lần lượng nito và gấp 100 lần lượng P cần thiết.
Nguồn carbon cho vi sinh vật tự dưỡng:
- Tự Dưỡng quang năng: nguồn carbon chủ yểu của các chủng này là CO2, nguồn năng lượng chúng hấp thụ là ánh sáng. Loại này cực kì dễ nuôi vì CO2 và ánh sáng thì hệ nào đặt ngoài trời cũng đầy đủ.
- Tự dưỡng hóa năng: nguồn carbon cũng là CO2, tuy nhiên nguồn năng lượng cho chúng lại là các hợp chất vô cơ đơn giản như NaHCO3 (bicar), Na2CO3 (soda), CaCO3 (đá vôi),…
Nguồn carbon cho vi sinh vật dị dưỡng:
- Dị dưỡng quang năng: giống với VSV tự dưỡng quang năng thì nguồn năng lượng của chúng chính là ánh sáng, tuy nhiên nguồn carbon của những chúng này lấy từ các hợp chất hữu cơ trong nước.
- Dị dưỡng hóa năng: tương tự như ở trên nguồn carbon của những chủng này cũng từ những hợp chất hữu cơ, nhưng nguồn năng lượng cần có lại từ những hoạt động trao đổi chất của các cá thể sống khác như động vật nguyên sinh, nấm,…
- Ký sinh: giống như bao VSV dị dưỡng khác thì kí sinh cũng sử dụng carbon có nguồn gốc từ các hợp chất hữu cơ. Nguồn năng lượng lấy từ một thực thể sống mà chúng bám vào. Tuy nhiên thì các VSV ký sinh này phần lớn đều gây hại cho người và động vật.
- Như vậy có thể rút ra được rằng nguồn carbon cung cấp cho VSV đến từ các hợp chất vô cơ và hữu cơ đơn giản. các hợp chất càng đơn giản bao nhiêu thì việc phân hủy sử dụng nguồn carbon lại dễ dàng bấy nhiêu cho vi sinh vật.
Với các nguồn carbon khác:
Các hợp chất hữu cơ phức tạp có khối lượng phân tử lớn cũng có thể là một nguồn bổ sung carbon cho VSV. Tuy nhiên vì khối lượng phân tử quá lớn dẫn đến một số hợp chất không tan trong nước. để phân hủy được các hợp chất này và lấy nguồn carbon sử dụng thì VSV phải tiết ra các enzyme thủy phân (điển hình là amylaza xenlulaza chuyên phân hủy các hợp chất xenlulozo) để chuyển chúng về dạng các hợp chất dễ hấp thụ hơn như đường, axit amin,…
Nấm có thể lưu trữ carbon trong đất
Domeignoz-Horta nói rằng ai đang làm đất trở nên quan trọng.
Nghiên cứu được đưa ra khi một số nhà khoa học cảnh báo rằng biến đổi khí hậu có nguy cơ giải phóng nhiều carbon hơn ra khỏi mặt đất và vào khí quyển, làm trầm trọng thêm tình trạng ấm lên toàn cầu. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nhiệt độ tăng có thể dẫn đến sự bùng nổ dân số của các vi sinh vật trong đất, nhanh chóng làm cạn kiệt các hợp chất cacbon dễ tiêu hóa. Điều này buộc các sinh vật phải chuyển sang các kho dự trữ carbon cũ hơn, có khả năng đàn hồi cao hơn, chuyển carbon đã tích trữ từ lâu thành carbon dioxide.
Với mối đe dọa tổng hợp của nhiệt độ tăng và thiệt hại đối với các cộng đồng vi khuẩn trong đất từ việc thâm canh và rừng biến mất, một số mô hình máy tính chỉ ra rằng lượng carbon sẽ bám trong đất ít hơn 40% vào năm 2100 so với các mô phỏng trước đây đã dự đoán.
Để xem liệu các nhà khoa học có thể làm cho đất tích trữ nhiều carbon hơn hay không, các nhà nghiên cứu cần hiểu điều gì khiến các vi khuẩn trong đất hoạt động. Nhưng đó không phải là nhiệm vụ đơn giản. Kirsten Hofmockel, một nhà sinh thái học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương ở Richland, Wash, cho biết: “Một số người nói rằng đất là ma trận phức tạp nhất trên hành tinh.
Để đơn giản hóa vấn đề, Domeignoz-Horta, Đại học Zurich, và các đồng nghiệp đã tự làm bẩn trong phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu đã tách nấm và vi khuẩn khỏi đất rừng và phát triển năm sự kết hợp của các quần xã này trong các đĩa petri, bao gồm một số loài chỉ là nơi cư trú của vi khuẩn hoặc nấm. Các nhà nghiên cứu đã duy trì vi sinh vật bằng chế độ ăn kiêng đường đơn và để chúng khuấy động đất trong 4 tháng. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã đốt nóng các loại đất khác nhau để xem có bao nhiêu carbon dioxide được tạo ra.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vi khuẩn là động lực chính tạo ra đất, nhưng đất giàu nấm tạo ra ít carbon dioxide hơn khi đun nóng so với đất chỉ được tạo ra bởi vi khuẩn. Tại sao vẫn chưa rõ ràng. Theo Domeignoz-Horta, có một khả năng là nấm có thể sản xuất ra các enzym – protein xây dựng hoặc phá vỡ các phân tử khác – mà vi khuẩn không có khả năng tự tạo ra. Các hợp chất có nguồn gốc từ nấm này có thể cung cấp cho vi khuẩn các khối xây dựng khác nhau để xây dựng đất, cuối cùng có thể tạo ra các hợp chất cacbon có thời hạn sử dụng lâu hơn trong đất.
Những gì xảy ra trong đất trồng trong phòng thí nghiệm có thể không giống trong thế giới thực. Nhưng nghiên cứu mới là một bước quan trọng trong việc hiểu cách carbon bị khóa lại trong dài hạn, Hofmockel nói. Loại thông tin này một ngày nào đó có thể giúp các nhà nghiên cứu phát triển các kỹ thuật để đảm bảo rằng nhiều carbon hơn ở trong lòng đất lâu hơn, điều này có thể giúp giảm thiểu lượng carbon dioxide trong khí quyển.
Hofmockel nói: “Nếu chúng ta có thể lấy carbon trong lòng đất trong 5 năm, đó là một bước đi đúng hướng. “Nhưng nếu chúng ta có thể có lượng cacbon ổn định trong đất hàng thế kỷ hoặc thậm chí hàng thiên niên kỷ thì đó là một giải pháp.”
Cơ chế lưu trữ carbon bí ẩn bên trong trái đất
các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng mang 1 cơ chế nằm sâu bên trong trái đất với thể thu nhận một lượng lớn khí thải carbon từ khí quyển và bề mặt, và khóa carbon trong lòng đất trong 1 thời kì dài để đạt được hiệu quả giảm carbon. Khám phá này giúp những nhà khoa học sửa đổi những Nhận định và dự đoán khác nhau về mô phỏng “khí hậu nóng lên”, theo Epoch Times.
Trước ấy, các nhà khoa học cho rằng sau khi lượng khí thải carbon từ khí quyển và bề mặt được cơ chế chu trình carbon của trái đất đưa vào lòng đất, chúng sẽ trở lại mặt đất dưới dạng núi lửa phun trào.
tuy nhiên, một nghiên cứu được công bố trên tin báo Nature Communications ngày 14/7 cho thấy mang tới khoảng 1/3 nguyên tố carbon sẽ bị khóa lại bởi một cơ chế nằm sâu dưới lòng đất và sẽ không quay trở lại mặt đất hoặc bầu khí quyển trong thời gian ngắn.
Theo nghiên cứu, chỉ cần hiểu chính xác cơ chế chu trình carbon của trái đất và dự báo hậu quả của việc phát thải carbon sẽ chuẩn xác hơn, và việc tiến hành nghiên cứu về chủ đề “khí hậu nóng lên” trên cơ sở này là hợp lý.
Trưởng hàng ngũ nghiên cứu Stefan Farsang, một nhà công nghệ vật liệu tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh, cho biết: “Hiện tại, chúng tôi đã hiểu rõ hơn về sự lưu trữ và chiếc chảy carbon trên bề mặt, nhưng chúng tôi không biết phổ quát về cơ chế lưu trữ carbon bên trong lòng địa cầu. thời gian chu kỳ carbon trong lòng địa cầu với thể dài tới hàng triệu năm”.
Theo nghiên cứu, các thay đổi trong giai đoạn hút chìm của các mảng vỏ hoặc biến dạng uốn cong giữa các mảng vỏ sẽ đưa carbon trên bề mặt xuống sâu dưới lòng đất. Trong quá trình này, 1 lượng to vật liệu cất carbon, chẳng hạn như tàn dư của các sinh vật sống và vỏ sò, sẽ được hút vào sâu dưới lòng đất. Đây là 1 trong những cách chuyển di carbon. bên cạnh đó, khí cacbonic trong khí quyển sẽ chìm xuống đáy biển vào lòng đất ưng chuẩn con đường trầm tích biển. Đây là một cách di chuyển carbon quan trọng khác.
Nghiên cứu này bằng máy gia tốc hạt của cơ sở bức xạ Synchrotron Châu Âu để phục vụ môi trường áp suất cao và nhiệt độ cao nhằm mô phỏng những phản ứng hóa học xảy ra trong đá ở vùng hút chìm của vỏ trái đất, từ đó xây dựng mô hình về sự tiến hóa bên trong địa cầu.
đội ngũ nghiên cứu phát hiện ra rằng trong giai đoạn bị hút vào lớp manti, hàm lượng canxi trong chúng giảm đi và hàm lượng magiê tăng lên. Điều này khiến cho chúng ít hòa tan hơn, khiến chúng khó hòa tan trong nham thạch nóng chảy và khó mang khả năng quay trở lại mặt đất sau lúc núi lửa phun trào.