Este un principiu cunoscut de orice grădinar: adaugă materie organică și solul tău va reține mai multă apă. Dar cum anume se întâmplă acest lucru la nivel molecular a rămas un mister – până acum. Pentru prima dată, cercetătorii de la Universitatea Northwestern au dezvăluit mecanismul invizibil care permite solului să rămână umed, o descoperire cu implicații uriașe, de la combaterea secetei pe Pământ până la căutarea apei pe Marte.
Materia organică reține apa în sol
Studiul, publicat în jurnalul științific PNAS Nexus, arată că anumiți carbohidrați din plante și microbi funcționează ca un super-adeziv molecular. Aceștia folosesc apa pentru a construi „punți lipicioase” între particulele organice și mineralele din sol, capturând umezeala care altfel s-ar evapora.
„Cantitatea potrivită de minerale și materie organică duce la soluri sănătoase, cu umiditate bună. Descoperind acest lucru, am putea potențial să proiectăm solul pentru a avea chimia potrivită, transformându-l în bureți pe termen lung care păstrează umiditatea.”, a explicat Ludmilla Aristilde, inginer la Universitatea Northwestern și coordonatoarea studiului, citată de Phys.org.
Poduri de apă care sfidează evaporarea
Pentru a investiga acest fenomen, echipa lui Aristilde a combinat un mineral argilos comun, numit smectită, cu trei tipuri de carbohidrați: glucoza (un zahăr simplu), amiloza și amilopectina (polimeri complecși din amidon).
„Am decis să folosim carbohidrații ca tip de materie organică, deoarece există peste tot,” a spus Aristilde.
Folosind o combinație de simulări moleculare și experimente de laborator, echipa a observat interacțiunile la scară nanometrică. Ei au descoperit că legăturile de hidrogen sunt mecanismul cheie. Apa nu se leagă doar de argilă sau doar de carbohidrați, ci formează simultan legături de hidrogen cu ambele, creând punți de apă extrem de stabile între cele două.
„Când o moleculă de apă este reținută printr-o legătură de hidrogen cu un carbohidrat și o legătură de hidrogen cu suprafața unui mineral, această apă are o energie de legătură puternică și rămâne lipită între cele două elemente,” a explicat Aristilde.
Zaharurile complexe cresc aderența de cinci ori
Simulările au arătat că energia de legare a apei prin aceste punți este semnificativ mai puternică. De fapt, în prezența polimerilor complecși de zahăr, argila a reținut apa de până la cinci ori mai puternic decât argila singură. Chiar și atunci când cercetătorii au crescut temperatura pentru a simula condiții aride, apa prinsă în această matrice a fost mult mai puțin probabil să se evapore.
„A fost nevoie de temperaturi mai ridicate pentru ca apa să părăsească matricea în prezența argilei și a carbohidraților împreună. Acest lucru înseamnă că apa a fost reținută mai puternic.”, a spus Aristilde.
Mai mult, carbohidrații complecși, cu lanțuri lungi și ramificate, au acționat ca niște stâlpi de susținere, împiedicând nanoporii argilei să se prăbușească complet în timpul uscării. Acest lucru ajută la menținerea umidității captive în pori pentru perioade lungi, cum ar fi în timpul secetelor.
Aceste noi perspective nu doar că ne vor ajuta să înțelegem mai bine solul de pe Pământ, ci ar putea oferi indicii despre planetele vecine.
„Chiar dacă scopul nostru era să înțelegem solul de pe Pământ, mecanismele descoperite aici pot avea implicații în înțelegerea fenomenelor dincolo de planeta noastră. Există un mare interes pentru modul în care această relație dintre substanțele organice și apă s-ar putea manifesta pe alte planete, în special pe cele considerate a fi găzduit odată viață.”, a concluzionat Aristilde.
