當前位置: 華文世界 > 科學

科學家在自然界中發現新型高效碳捕捉木材

2024-08-10科學

郁金香樹已經存在了數百萬年,但一項對其結構的新分析發現了一種以前未知的木材型別。這一發現可以解釋為什麽郁金香樹能很好地固碳,並有助於我們采取同樣的措施。

郁金香樹次生細胞壁內部微纖維的掃描電子顯微鏡影像

在減少大氣碳含量,從而減輕溫室瓦斯對地球迅速變暖的影響的鬥爭中,樹木是一個強大的盟友。根據植樹節基金會的數據,一棵成年樹每年可以吸收空氣中超過 48 磅的二氧化碳,一英畝的成年樹可以吸收一輛汽車行駛 26,000 英裏(約 42,000 公裏)所產生的二氧化碳。

郁金香樹是一種特別擅長清除空氣中碳的樹木,它由兩個樹種組成:Liriodendron tulipifera和Liriodendron chinense,前者在北美大量生長,後者在中國中部和南部生長茂盛。這些樹是玉蘭的古老親戚,可以迅速長到 100 多英尺高。

最近,波蘭雅蓋隆大學(JU)和英國劍橋大學的研究人員從劍橋大學植物園中采集了 33 種不同樹種的樣本。然後,他們用氮氣浴冷凍了這些樣本,並在低溫掃描電子顯微鏡下進行觀察。當他們取到郁金香樹樣本並檢查其次生細胞壁時,他們發現了一種完全不同的木材。

"木材的主要構件是次生細胞壁,正是這些細胞壁的結構賦予了木材密度和強度,而這些正是我們建築所依賴的,"該研究的主要作者、來自聯合大學的揚-羅紮科夫斯基(Jan Łyczakowski)說。"次生細胞壁也是生物圈中最大的碳儲存庫,這使得了解它們的多樣性變得更加重要,以推進我們的碳捕獲計劃,幫助減緩氣候變遷。"

春天盛開的北美郁金香樹種

在所有樹種中,次生細胞壁中都有一種被稱為大纖維的長管狀纖維,用於固定木質細胞。這些纖維由纖維素鏈組成,賦予樹木穩定性。

研究小組在研究過程中發現,被子植物(通常是橡樹和櫻桃等硬木樹種)的大纖維直徑平均約為 17 奈米。而在裸子植物(通常是松樹或雪松等軟木)中,微纖維的平均直徑為 29 奈米。而郁金香樹的微纖維直徑約為 20 奈米,正好介於這兩種著名木材之間。研究人員將這種既不硬也不軟的木材稱為"中材"。

研究人員認為,郁金香樹次生細胞壁的獨特結構不僅是其快速生長的原因,而且他們認為這種結構可能是為了應對大約 3000 萬到 5000 萬年前大氣中碳含量的迅速下降而前進演化而來的。他們認為,隨著光合作用中可利用的二氧化碳越來越少,樹木發展出了這些獨特的細胞結構,以盡可能多地吸收二氧化碳。這使得它們能夠很好地幫助減少目前大氣中過量的二氧化碳瓦斯,並可能幫助科學家了解如何更大程度地利用樹木來應對氣候變暖。

Łyczakowski說:"眾所周知,兩種郁金香樹的鎖碳效率都非常高,它們的粗大纖維結構可能是一種適應力,可以幫助它們在大氣中的碳供應減少時更容易地捕獲和儲存更多的碳。郁金香樹最終可能會成為碳捕集種植園的有用之材。一些東亞國家已經在使用Liriodendron種植園來有效鎖住碳,我們現在認為這可能與它新穎的木材結構有關。"

研究成果發表在【新植物學家】(New Phytologist)雜誌上。