En studie från Northwestern University visar att ferrihydrite, ett vanligt järnoxidmineral, fångar och lagrar kol effektivare än tidigare förstått tack vare sina heterogena ytcharges. Detta mineral använder flera bindningsmekanismer för att hålla olika organiska molekyler, vilket bidrar till jordens roll som en stor kolupptagare. Resultaten förklarar hur jordar bevarar stora mängder kol långsiktigt och stödjer klimatinsatser.
Forskare vid Northwestern University har avslöjat de kemiska hemligheterna bakom ferrihydrites förmåga att låsa in kol i jordar. Detta järnoxidmineral, som ofta liknar rost, har en yta med ett nanomynt av positiva och negativa laddningar, vilket gör det möjligt att binda olika organiska föreningar säkert. Forskningen, ledd av Ludmilla Aristilde, professor i samhällsbyggnad och miljöteknik, undersökte ferrihydrites interaktioner med jordorganiskt material med molekylmodellering, atomkraftmikroskopi och infrarödspektroskopi. Trots sin övergripande positiva laddning inkluderar mineralets yta områden med både laddningar, vilket möjliggör attraktion till molekyler med negativa, positiva eller neutrala egenskaper. Till exempel fäster positivt laddade aminosyror vid negativa områden, medan negativt laddade binder till positiva regioner. Ribonukleotider bildar initiala elektriska bindningar som stärks till kemiska länkar med järnatomerna, och sockerarter kopplas via vätebindningar. „Järnoxidsmineraler är viktiga för att kontrollera den långsiktiga bevaringen av organiskt kol i jordar och marina sediment“, säger Aristilde. Hon betonade att förståelse av dessa mekanismer är avgörande för den globala kolcykeln, eftersom de förhindrar att organiskt material omvandlas till växthusgaser. Jordar innehåller cirka 2 500 miljarder ton kol, näst efter haven, där järnoxider står för mer än en tredjedel av lagringen. Ferrihydrite, vanligt nära växtrotter och i organiskt rika sediment, spelar därmed en nyckelroll i att hålla kol under jorden i årtionden eller århundraden. Studien, publicerad i Environmental Science & Technology 2025, ger ett kvantitativt ramverk för mineral-organiska associationer. Aristilde noterade: „Det är väl dokumenterat att ferrihydrites totala laddning är positiv under relevanta miljöförhållanden... Vårt arbete illustrerar att det är summan av både negativa och positiva laddningar fördelade över ytan.“ Framtida forskning kommer att utforska förändringar efter bindning och avgöra vilka föreningar som motstår mikrobiell nedbrytning. Detta arbete, finansierat av USA:s energidepartement, belyser mineralens anpassningsförmåga i kolfångst.