康奈尔大学 信用:CC0公共领域 地球土壤中的碳含量是大气中的三倍多，但是土壤中结合碳的过程仍然不为人所知
提高这种认识可能有助于研究人员开发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，成为温室气体
一项新的研究描述了一种突破性的方法，用于以近原子尺度对土壤中固碳的物理和化学相互作用进行成像，并得出了一些令人惊讶的结果
这项名为“土壤中纳米尺度的有机-有机和有机-无机界面”的研究发表于11月
《自然通讯》30页
在该决议中，研究人员首次表明，土壤碳与矿物质和来自有机材料的其他形式的碳相互作用，如细菌细胞壁和微生物副产物
以前的成像研究只指出土壤中碳和矿物质之间的层状相互作用
“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，”农业和生命科学学院植物科学、土壤和作物科学综合学院的理伯蒂·海德·贝利教授约翰尼斯·莱曼说
安吉拉·波辛格博士
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19岁，莱曼实验室的研究生，目前是弗吉尼亚理工大学的博士后研究员，是这篇论文的第一作者
由于这项新技术的分辨率接近原子尺度，研究人员不确定他们在研究什么化合物，但他们怀疑土壤中发现的碳可能来自土壤微生物产生的代谢物和微生物细胞壁
“很有可能，这是一个微生物的墓地，”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，”波辛格说
“我们可以开始观察这些界面，并试图了解这些交互的一些情况
" 这项技术揭示了这些有机界面周围的碳层
波辛格说，这也表明氮是促进有机和矿物界面之间化学相互作用的重要因素
她说，因此，农民可以通过考虑土壤改良剂中氮的形式，通过固碳来改善土壤健康和缓解气候变化
在攻读博士学位期间，波辛格与康奈尔大学的物理学家共事多年，其中包括合著者应用和工程物理学副教授莉娜·库克斯和塞缪尔·穆勒
埃克特应用工程和工程物理学教授，康乃尔纳米科学卡弗利研究所的联合主任——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，但他们发现电子会改变和破坏松散复杂的土壤样本
结果，他们不得不将样本冷冻到零下180摄氏度左右，这减少了光束的有害影响
“我们必须开发一种技术，在制作非常薄的切片以观察这些微小的界面的过程中，基本上保持土壤颗粒冻结，”波辛格说
库尔库蒂斯说，然后光束可以在样品上扫描，产生土壤样品及其复杂界面的结构和化学图像
莱曼说:“我们的物理同事正在全球范围内引领我们，提高我们近距离观察材料特性的能力。”
“没有这样的跨学科合作，这些突破是不可能的
"
库尔库蒂斯说，新的低温电子显微镜和光谱技术将使研究人员能够探测软材料和硬材料之间的一系列界面，包括那些在电池、燃料电池和电解槽功能中发挥作用的界面
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