Forskare från Stanford University öppnar ett fönster till organiskt kol i jorden, en kritisk komponent i den globala kolcykeln och klimatförändringarna.

"Vi måste veta vilken typ av kol som finns i marken för att förstå var kolet kommer ifrån och vart det kommer att ta vägen, " sa Hsiao-Tieh Hsu, doktorand i kemi vid Stanford University och medlem i en Kate Mahers forskargrupp.

De naturliga flödena av organiskt kol i jorden, utbyte av kol som flyttas från vegetation till marken och återvinns av mikroorganismer innan det stabiliseras i marken eller återförs till atmosfären, är 10 till 20 gånger högre än mänskliga utsläpp. Även den minsta förändring i flödet av organiskt kol i marken skulle ha en enorm inverkan på klimatet.

Markens organiskt kol förekommer naturligt och är en del av kolets kretslopp. Genom fotosyntes, växter tar upp koldioxid från atmosfären. När växter och deras rötter sönderfaller, de avsätter organiskt kol i jorden. Mikroorganismer, sönderfallande djur, djuravföring och mineraler bidrar också till det organiska kolet i jorden. I tur och ordning, växter och mikroorganismer "äter" det kolet, som är ett viktigt näringsämne.

Allt detta resulterar i olika "smaker" eller föreningar i jorden, säg Hsu och Maher, som också är fakultetsmedlem i Stanford Center for Carbon Storage.

Att försöka skilja på de olika "smakerna" av organiskt kol har varit svårt. Tidigare forskning handlade om att analysera jord med hjälp av starka kemikalier.

"Problemet med detta är att det skulle förändra den kemiska sammansättningen av det du vill studera. Det du skulle se efter all bearbetning är inte det som förekom naturligt i marken, sa Hsu, i en intervju.

Hsu utvecklade ett nytt tillvägagångssätt för att använda data som samlats in vid den kanadensiska ljuskällan och kombinera den med resultat från andra experiment hon genomförde. Eftersom metoden använde synkrotronens briljant starka ljus, hon behövde inte använda kemikalier. Hon torkade jordprover, malde jorden till pulver och analyserade sedan jordens sammansättning.

Hsu, Maher och deras team publicerade resultaten av sin forskning, "En molekylär undersökning av markens organiska kolsammansättning över ett subalpint avrinningsområde, " i ett färskt nummer av Soil Systems.

"Markens kol är den största marken av kol som aktivt cyklar. Det representerar en betydande reservoar av kol, det är därför det är viktigt att förstå det, sa Hsu, som tillade att även om havet har mer kol, dess koldynamik är väl etablerad.

"Organiskt kol i jorden, dock, är inte väl förstådd. Som en nyckelkomponent i den globala kolcykeln, och en som är känslig för förändringar i temperatur och fuktnivåer, förändringar i den globala poolen av kol kan avsevärt påverka utsläppen av växthusgaser till atmosfären, på både positiva och negativa sätt."

Forskarna var förvånade över att jordens organiska kol skilde sig åt i proverna de samlade in i East River Basin i Colorado trots att jorden och vegetationen var lika.

"När du tittar på jordar på fältet och de ser likadana ut, du tycker att de borde vara lika kemiskt. Vad Hsiao-Tieh har skapat med den nya metoden på CLS är ett nytt fönster till markens kol som kommer att hjälpa oss att förstå hur vi bättre kan hantera ekosystem och mark i framtiden. Att det är så stor skillnad gör att marken kan reagera på olika sätt på förändringar i klimat eller förändringar i markanvändning, sade Maher, i en intervju.

Även om denna forskning är preliminär och mycket mer arbete måste göras för att förfina deras markanalystekniker, det bidrar till förståelsen av de mekanismer i kolets kretslopp som behövs för att förutsäga vad som skulle hända om temperaturen stiger på grund av klimatförändringar.

Hsu brinner för att använda sin förståelse för kemi och analytisk kemi för att göra skillnad i världen. Hon är mer övertygad än någonsin om att forskarnas röst behöver höras. Hon deltog i Rising Environmental Leaders Program på Stanford och tillbringade tid i Washington, D.C., lära sig hur den amerikanska regeringen fattar politiska beslut som involverar vetenskap.

"Jag känner mig ännu mer investerad i att hjälpa mitt samhälle att förstå hur kol rör sig runt planeten. Detta har en så enorm inverkan på vår miljö men också på vårt samhälle, vår kultur, vår ekonomi och vår hälsa."