ノースウェスタン大学の研究で、ありふれた鉄酸化物鉱物であるferrihydriteが、表面電荷の異質性によりこれまで考えられていた以上に炭素を効果的に捕捉・貯蔵することが明らかになった。この鉱物は多様な有機分子を保持するための複数の結合機構を利用し、土壌が主要な炭素シンクとしての役割を果たすことに寄与している。これらの知見は、土壌が大量の炭素を長期にわたり保存する方法を説明し、気候変動対策を支援する。
ノースウェスタン大学の科学者たちは、ferrihydriteが土壌に炭素を閉じ込める能力の背後にある化学的秘密を解明した。この鉄酸化物鉱物はしばしば錆のように見え、表面にナノスケールの正電荷と負電荷のパッチワークを持ち、多様な有機化合物をしっかりと結合できる。 研究は、土木・環境工学の教授であるLudmilla Aristilde氏が主導し、分子モデリング、原子間力顕微鏡、赤外分光法を用いてferrihydriteと土壌有機物の相互作用を調べた。全体として正電荷を持つものの、鉱物の表面には両方の電荷領域が存在し、負、正、中性の性質を持つ分子を引きつける。例えば、正電荷のアミノ酸は負の領域に付着し、負電荷のアミノ酸は正の領域に結合する。リボヌクレオチドは最初に電気的結合を形成し、それが鉄原子との化学結合に強化され、糖は水素結合でつながる。 「鉄酸化物鉱物は、土壌や海洋堆積物における有機炭素の長期保存を制御する上で重要です」とAristilde氏は述べた。彼女は、これらの機構を理解することが地球規模の炭素循環にとって不可欠であり、有機物が温室効果ガスに変わるのを防ぐと強調した。 土壌は約2,500兆トンの炭素を保有し、海に次ぐ規模で、鉄酸化物がその3分の1以上を占める。植物根付近や有機物豊富な堆積物に一般的なferrihydriteは、炭素を地下に数十〜数百年留める上で重要な役割を果たす。 2025年にEnvironmental Science & Technologyに掲載されたこの研究は、鉱物-有機物の関連性を定量的に枠づける。Aristilde氏は「ferrihydriteの全体電荷が関連環境条件下で正であることはよく知られています……我々の研究は、表面全体に分布する正と負の電荷の合計であることを示しています」と指摘した。 今後の研究では、結合後の変形を探り、微生物分解に耐える化合物を見極める。米国エネルギー省の支援を受けたこの研究は、鉱物の炭素隔離における適応性を強調している。
