Mineral protection regulates the long-term global preservation of natural organic carbon

Abstract

<p>The vast majority of organic carbon (OC) produced by life is respired back to carbon dioxide (CO<sub>2</sub>), but roughly 0.1% escapes and is preserved over geologic timescales. By sequestering reduced carbon from Earth’s surface, this “slow OC leak” contributes to CO<sub>2</sub> removal and promotes the accumulation of atmospheric oxygen and oxidized minerals. Countering this, OC contained within sedimentary rocks is oxidized during exhumation and erosion of mountain ranges. By respiring previously sequestered reduced carbon, erosion consumes atmospheric oxygen and produces CO<sub>2</sub>. The balance between these two processes—preservation and respiration—regulates atmospheric composition, Earth-surface redox state, and global climate. Despite this importance, the governing mechanisms remain poorly constrained. To provide new insight, we developed a method that investigates OC composition using bond-strength distributions coupled with radiocarbon ages. Here I highlight a suite of recent results using this approach, and I show that biospheric OC interacts with particles and becomes physiochemically protected during aging, thus promoting preservation. I will discuss how this mechanistic framework can help elucidate why OC preservation—and thus atmospheric composition, Earth-surface redox state, and climate—has varied throughout Earth history.</p>

Organic Matter Degradation across Ecosystem Boundaries: The Need for a Unified Conceptualization

“…For instance, it is useful to understand when and why residence time and reactivity are connected and disconnected, and when and why molecular composition appears to be more relevant than ecosystem properties. Cross-ecosystem studies are critical to making the next set of important breakthroughs in our understanding of controls on OM degradation [39,59,60]. Cross-ecosystem studies may be experimentally challenging at times [61], yet, have previously proven to give a deeper and more holistic understanding in the fields of nutrient limitation and understanding of the role of extracellular enzymes [62,63].…”

“…These traditionally held viewpoints are now actively challenged [4,8,70], as reviewed elsewhere [8] (Figure I). The long-term preservation of soil OM is increasingly recognized to be a function of its ecosystem properties, such as temperature [71,72], biological inaccessibility due to adsorption to mineral surfaces [8,60,[73][74][75], and nutrient limitation [76], while molecular composition is considered less relevant [70]. A defining feature of soils is the presence of mineral surfaces, whereby adsorption and physical encapsulation within micropore spaces can retain OM [75,77,78], and protect it from biological degradation [3,4,70,79].…”

Microspectroscopic visualization of how biochar elevates the soil organic carbon ceiling

“…Organo-mineral interactions can increase SOC persistence, in some cases over a millennial timescale 24,25 . There is a general understanding of the effect of microbial activity 26 and mineral protection 27 on SOC storage.…”

Impacto da densidade de plantio na compartimentalização da biomassa e nas emissões de Gases do Efeito Estufa do Solo (GEE) em clones de eucalipto

“…Esse resultado é bastante interessante no gerenciamento de longo prazo do carbono na floresta, pois, quando a árvore é cortada, a madeira pode ser utilizada para diversos fins, o que poderia resultar em mitigação zero, já que o carbono retorna a atmosfera na forma de CO2 (Lewis et al 2019, Popkin, 2019. Porém, o carbono particionado para a biomassa subterrânea é incorporado no solo, onde pode permanecer por décadas ou até mesmo milênios (Hemingway et al, 2019). As mudas receberam adubação de base constituída de 200 kg.ha -1 de um composto de N, P2O5 e K2O distribuídos na proporção 06-30-06, 17 kg.ha -1 de FTE Br12…”

“…Além disso, em talhões de eucalipto onde geralmente é realizado o corte por volta dos 84 meses, em condições semelhantes a este estudo, a floresta ainda apresenta potencial para o incremento anual de biomassa Assim, a compartimentalização do carbono sequestrado na vegetação e que se encontra na forma de biomassa "resíduo", proporcionará um efeito positivo no acúmulo de carbono na área a longo prazo, uma vez que os resíduos que permanecem no solo após a retirada madeira, poderão ser incorporados ao solo em escalas de tempo decadais(Nave et al 2018).O estoque de carbono dentro dos componentes da árvore ocorreu de forma similar quando avaliada a interação clone x espaçamento, isto é, para todas as idades de avaliação, o maior acúmulo de carbono foi encontrado no tronco, seguido pelas raízes, galhos e folhas (Tabela 5). Esses resultados corroboram com aqueles encontrados porCampoe et al (2012), avaliando florestas de E. grandis ao longo de um gradiente de produtividade no Estado de São Paulo, sendo a média de armazenamento de carbono no tronco (caule + casca), raízes grossas (>10mm), uma vez que por meio do processo de rizodeposição o carbono acabará sendo incoporado ao solo(Hemingway et al, 2019). Os solos contêm maiores quantidades de carbono do que a vegetação e atmosfera combinadas, portanto, mesmo as pequenas mudanças nesse reservatório resultarão em grandes impactos na…”