提高对这方面的了解可能有助于研究人员开发出在土壤中封存更多碳的策略，从而使其远离大气，在大气中，碳与氧气结合，发挥温室气体的作用。
一项新的研究描述了一种突破性的方法，可以成像在接近原子尺度的土壤中固碳的物理和化学相互作用，并得到一些令人惊讶的结果。
这项研究中,“纳米尺度下土壤中的有机-有机和有机-矿物界面发表在11月30日的《自然通讯》杂志上。
在这项决议中，研究人员首次表明，土壤中的碳与矿物质以及来自有机物质的其他形式的碳相互作用，例如细菌细胞壁和微生物的副产品。以前的成像研究只指出了土壤中碳和矿物质之间的分层相互作用。
“如果有一个被忽视的机制可以帮助我们在土壤中保留更多的碳，那么这将有助于我们的气候，”资深作者说约翰内斯·莱曼自由海德贝利学院的教授综合植物科学学院,土壤和作物科学科CALS。
19岁的安吉拉·波斯辛格博士是莱曼实验室的一名研究生，目前是弗吉尼亚理工大学的博士后研究员，她是这篇论文的第一作者。
由于新技术的分辨率接近原子尺度，研究人员不确定他们所观察的化合物是什么，但他们怀疑土壤中发现的碳可能来自土壤微生物和微生物细胞壁产生的代谢物。“很可能，这是一个微生物墓地，”莱曼说。
“我们有一个意想不到的发现，我们可以看到不同形式的碳之间的界面，而不仅仅是碳和矿物之间的界面，”Possinger说。“我们可以开始研究这些界面，并尝试理解一些关于这些交互的东西。”
该技术揭示了这些有机界面周围的碳层。Possinger说，这也表明氮在促进有机和矿物界面之间的化学作用方面发挥了重要作用。
她说，因此，农民可以通过考虑土壤改良剂中氮的形式来固碳，从而改善土壤健康，缓解气候变化。
在攻读博士学位期间，波辛格与康奈尔大学的物理学家一起工作了多年，其中包括共同作者莉娜Kourkoutis他是应用与工程物理副教授大卫•穆勒埃克特(Samuel B. Eckert)应用与工程物理学工程教授，同时也是哈佛大学的联席主任康奈尔大学卡弗里纳米科学研究所-帮助开发多步骤方法。
研究人员计划使用强大的电子显微镜将电子束聚焦到亚原子尺度，但他们发现电子会修改和破坏松散和复杂的土壤样本。结果，他们不得不将样品冷冻到零下180摄氏度左右，以减少光束的有害影响。
Possinger说:“我们必须开发一种技术，使土壤颗粒在制作非常薄的薄片的过程中保持冻结，以观察这些微小的界面。”
然后，光束可以在样品上进行扫描，生成土壤样品的结构和化学成分及其复杂界面的图像，kurkoutis说。
“我们的物理学同事正在全球领先，以提高我们密切观察材料特性的能力，”莱曼说。“没有这种跨学科的合作，这些突破就不可能实现。”
kurkoutis说，新的低温电子显微镜和光谱技术将允许研究人员探测软硬材料之间的所有界面，包括那些在电池、燃料电池和电解器功能中发挥作用的界面。
合著者包括迈克尔·扎克曼博士，他曾是库尔迪斯实验室的一名研究生;莱曼实验室前研究员Akio Enders;还有17岁的巴纳比·莱文博士，穆勒实验室的前研究生。
这项研究得到了美国国家科学基金会、慕尼黑工业大学高等研究院、安德鲁·w·梅隆基金会和康奈尔农业与生命科学学院校友基金会的资助。
