Un mineral de hierro se destaca como uno de los mejores depósitos de carbono

Desde hace años, los científicos han reconocido que los minerales de óxido de hierro desempeñan un papel crucial en el almacenamiento de grandes cantidades de carbono, evitando que este gas regrese a la atmósfera. Un nuevo estudio de la Universidad Northwestern explicó la química detrás de esta capacidad, destacando por qué estos minerales son particularmente eficaces para retener carbono.

El estudio se centró en la ferrihidrita, un mineral de óxido de hierro común, y reveló que utiliza varios procesos químicos distintos para capturar y mantener el carbono. En lugar de depender de un único método, el mineral emplea múltiples estrategias que le permiten unir diferentes tipos de material orgánico.

A pesar de que la ferrihidrita tiene una carga eléctrica general positiva, los investigadores descubrieron que su superficie no es uniforme. Está compuesta por pequeñas regiones con cargas tanto positivas como negativas. Esta estructura heterogénea permite que la ferrihidrita interactúe con el carbono de maneras más complejas de lo que se había comprendido anteriormente. Además de la atracción eléctrica, el mineral forma enlaces químicos y enlaces de hidrógeno que establecen conexiones sólidas entre su superficie y las moléculas orgánicas.

Estas interacciones convierten a los minerales de óxido de hierro en ligadores de carbono altamente adaptables, capaces de capturar una amplia gama de compuestos orgánicos y mantenerlos durante períodos prolongados, que pueden durar décadas o incluso siglos. Este proceso contribuye a prevenir que el carbono vuelva a ingresar a la atmósfera como gases de efecto invernadero, que son responsables del calentamiento climático.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Environmental Science & Technology y ofrecen la visión más detallada hasta la fecha de la química superficial de la ferrihidrita, un factor clave en cómo los suelos almacenan carbono.

La profesora Ludmilla Aristilde, quien lideró el estudio, afirmó: "Los minerales de óxido de hierro son importantes para controlar la preservación a largo plazo del carbono orgánico en suelos y sedimentos marinos. El destino del carbono orgánico en el medio ambiente está estrechamente relacionado con el ciclo global del carbono, incluida la transformación de la materia orgánica en gases de efecto invernadero. Por lo tanto, es crucial entender cómo los minerales atrapan la materia orgánica, aunque la evaluación cuantitativa de cómo los óxidos de hierro atrapan diferentes tipos de materia orgánica a través de diferentes mecanismos de unión ha estado ausente".

La investigación del equipo se centró en la ferrihidrita, un mineral comúnmente encontrado cerca de las raíces de las plantas y en suelos o sedimentos ricos en material orgánico. A pesar de que la ferrihidrita a menudo aparece cargada positivamente en condiciones ambientales, puede unir compuestos orgánicos con cargas negativas, positivas o neutras.

Para comprender cómo la ferrihidrita interactúa con una amplia gama de compuestos, los investigadores utilizaron modelado molecular de alta resolución junto con microscopía de fuerza atómica para examinar de cerca la superficie del mineral. Aunque su carga general es positiva, confirmaron que la superficie contiene una mezcla de regiones positivas y negativas. Esto ayuda a explicar por qué la ferrihidrita puede atraer sustancias cargadas negativamente, como el fosfato, así como iones metálicos cargados positivamente.

Los experimentos revelaron que la ferrihidrita une moléculas orgánicas a través de varios caminos distintos. Los aminoácidos cargados positivamente se adhieren a las áreas cargadas negativamente del mineral, mientras que los aminoácidos cargados negativamente se unen a las regiones cargadas positivamente. Algunos compuestos, como los ribonucleótidos, son inicialmente atraídos por fuerzas eléctricas, pero luego forman enlaces químicos más fuertes con los átomos de hierro. Los azúcares, que se unen más débilmente, se adhieren a través de enlaces de hidrógeno.

La profesora Aristilde concluyó: "Colectivamente, nuestros hallazgos proporcionan una justificación, sobre una base cuantitativa, para construir un marco para los mecanismos que impulsan las asociaciones mineral-orgánico que involucran óxidos de hierro en la preservación a largo plazo de la materia orgánica. Estas asociaciones pueden ayudar a explicar por qué algunas moléculas orgánicas permanecen protegidas en los suelos, mientras que otras son más vulnerables a ser descompuestas y respiradas por los microbios".

En los próximos estudios, el equipo planea investigar qué sucede después de que las moléculas orgánicas se unen a las superficies minerales. Algunas pueden transformarse en compuestos que los microbios pueden descomponer aún más, mientras que otras podrían volverse aún más resistentes a la descomposición.