Veranderingen in landgebruik, uitputting van voedingsstoffen, en door droogte kunnen plantenwortels dieper in de grond groeien. Maar wetenschappers vragen zich af hoe die groei de koolstof in de bodem beïnvloedt. Kunnen meer wortels die diepe bodemlagen bereiken ertoe leiden dat er meer koolstof wordt vastgelegd? Of zal deze door wortels aangedreven minerale verwering oudere koolstof in diepe bodems ontsluiten? Door geavanceerde beeldvormingstechnieken te combineren, wetenschappers onderzochten de impact van wortels op organische koolstofverbindingen en hun associatie met mineralen in de bodem. De resultaten suggereren dat de leeftijd en de minerale samenstelling van de bodem, evenals de hoeveelheid tijd die het heeft ondergaan door wortelaangedreven verwering, bepalen of wortels de opslag of afgifte van koolstof bevorderen.

Bodems bevatten meer dan twee keer zoveel koolstof opgeslagen in de atmosfeer. Het grootste deel van deze koolstof bevindt zich in diepe bodems, waar het millennia kan worden bewaard. Deze studie toonde aan dat wortelactiviteit in relatief jonge bodems kan leiden tot koolstofopslag door nieuwe associaties te vormen tussen mineralen en organische koolstofverbindingen. In tegenstelling tot, aanhoudende wortelactiviteit in oudere bodems kan bestaande associaties verstoren en ervoor zorgen dat koolstof vrijkomt als klimaatactief kooldioxide. De resultaten van deze studie kunnen wetenschappers helpen bepalen welke bodems koolstof beter op diepte kunnen opslaan en welke kwetsbaar kunnen zijn voor koolstofverlies.

Wetenschappers van de Universiteit van Massachusetts, Universiteit van Arizona, en U.S. Geological Survey samen met twee DOE-gebruikersfaciliteiten, de Stanford Synchrotron Stralingslichtbron en EMSL, het Environmental Molecular Sciences Laboratory, om diepe gronden van drie tot meer dan anderhalve meter onder de grond te onderzoeken. Deze bodems varieerden in leeftijd van 65, 000 tot 226, 000 jaar, en ze hadden allemaal delen die waren aangetast door de herhaalde groei van wortels. Wetenschappers gebruikten een reeks vaste-faseanalyses, sommige mogelijk gemaakt door EMSL's hoge resolutie Fourier-transform ion cyclotron massaspectrometrie en Mössbauer spectroscopie mogelijkheden, de Stanford Synchrotron Stralingslichtbron, en de scanning transmissie-röntgenmicroscopie bij de Canadian Light Source.

De combinatie van deze technieken gaf het team unieke inzichten in de aard van associaties tussen mineralen en organische koolstofverbindingen in de bodem, inclusief hun specificiteit, deeltjesgrootte, en moleculaire samenstelling. De patronen van wortelgedreven verwering komen uitstekend overeen met de omstandigheden op locaties met verschillende grondsoorten, klimaat, en vegetatie. De fundamentele processen die in dit onderzoek zijn ontdekt, kunnen daarom nuttig zijn voor het modelleren van de invloed van plantenwortels op koolstofopslag in bodems wereldwijd.