Così i minerali ferrosi favoriscono la cattura del carbonio nel suolo

I minerali di ossido di ferro contribuiscono a immagazzinare oltre un terzo del carbonio organico del suolo. Tra essi, spiega uno studio, la ferritride usa strategie diverse per catturare differenti composti

di Matteo Cavallito

Dietro alla maggiore capacità di sequestrare e trattenere il carbonio da parte del suolo, è noto, c’è in alcuni casi la presenza di minerali a base di ossido di ferro. Le modalità di cattura dell’elemento utilizzate da questi ultimi, tuttavia, sono state finora ignorate. A svelarne i dettagli, oggi, è invece uno studio della Northwestern University di Evanston, Illinois, pubblicato sulla rivista Environmental Science & Technology.

L’indagine, in particolare, si è concentrata sulla ferridrite, un minerale, hanno osservato gli autori, che impiega diverse strategie chimiche per catturare l’elemento e intrappolarlo.

Oltre un terzo del carbonio del suolo è trattenuto dal ferro

I minerali di ossido di ferro, ricordano gli scienziati, sono associati a oltre un terzo del carbonio organico immagazzinato nel suolo. Tra essi, la ferridrite si trova comunemente nei suoli vicino alle radici delle piante o in terreni e sedimenti ricchi di materia organica. Pur caratterizzata da una carica positiva, nota lo studio, essa riesce a legare un’ampia varietà di composti organici, alcuni caricati negativamente, altri caricati positivamente e altri neutri.

Per capire come ciò avvenga, gli autori hanno combinato la modellazione molecolare ad alta risoluzione e la microscopia a forza atomica per ottenere una visione dettagliata della superficie del minerale.

In questo modo hanno potuto successivamente osservare le relazioni tra la chimica superficiale e la cattura del carbonio. “Con queste cariche variabili dovute all’estensione della protonazione degli idrossili superficiali“, spiega lo studio, ”le simulazioni di dinamica molecolare hanno rivelato meccanismi di legame di frazioni organiche con cariche opposte, confermati sperimentalmente dalla spettroscopia infrarossa”.

La struttura superficiale è decisiva

Semplificando, dopo averne mappato le cariche superficiali, nel dettaglio, gli autori hanno introdotto il minerale in molecole organiche comunemente presenti nel suolo, tra cui aminoacidi, acidi vegetali, zuccheri e ribonucleotidi. In seguito, hanno misurato la quantità di queste molecole che si è attaccata alla ferridrite e hanno utilizzato la spettroscopia per esaminare come ciò fosse avvenuto. Come previsto, la carica complessiva del minerale si è confermata positiva. Ma la struttura superficiale è risultata decisiva per aggregare composti differenti.

I ricercatori, infatti, hanno scoperto che la superficie della ferridrite contiene in realtà zone miste di cariche positive e negative. Ciò spiegherebbe come essa possa attrarre sia sostanze caricate negativamente come i fosfati sia altre caricate positivamente come gli ioni metallici. Essa inoltre non intrappola il carbonio solo tramite l’attrazione elettrostatica. Ma utilizza anche legami chimici e a idrogeno per agganciare i materiali organici.

I minerali catturano molti tipi di molecole organiche

“Mentre gli amminoacidi con carica positiva si legano alle zone negative sulla superficie della ferridrite, quelli con carica negativa si legano a quelle positive”, spiegano gli scienziati. Contemporaneamente, “altri composti, come i ribonucleotidi, vengono prima attirati dalla ferriidrite per attrazione elettrostatica e poi formano legami chimici molto più forti con gli atomi di ferro”. Infine, “gli zuccheri, che formano le associazioni più deboli, si uniscono al minerale attraverso legami idrogeno”.

In sintesi, grazie a differenti strategie, i minerali di ossido di ferro possono intrappolare il carbonio in forme diverse, catturando e trattenendo molti tipi di molecole organiche. I risultati forniscono quindi nuove informazioni utili per la comprensione di alcune dinamiche che contribuiscono al sequestro dell’elemento e, in ultima analisi, alla mitigazione del riscaldamento globale.