Changements d'affectation des terres, épuisement des nutriments, et la sécheresse peut faire pousser les racines des plantes plus profondément dans le sol. Mais les scientifiques se demandent comment cette croissance affecte le carbone dans le sol. Un plus grand nombre de racines atteignant les couches profondes du sol pourrait-il entraîner une séquestration de plus de carbone ? Ou cette altération minérale entraînée par les racines libérera-t-elle du carbone plus ancien dans les sols profonds ? Combinant des techniques d'imagerie avancées, les scientifiques ont examiné l'impact des racines sur les composés organiques du carbone et leur association avec les minéraux du sol. Les résultats suggèrent que l'âge et la composition minérale du sol ainsi que la durée pendant laquelle il a subi une altération due aux racines déterminent si les racines favorisent le stockage ou la libération de carbone.

Les sols contiennent plus de deux fois la quantité de carbone stockée dans l'atmosphère. La majeure partie de ce carbone réside dans les sols profonds, où il peut être stocké pendant des millénaires. Cette étude a montré que l'activité racinaire dans des sols relativement jeunes pouvait entraîner le stockage du carbone en formant de nouvelles associations entre les minéraux et les composés organiques du carbone. En revanche, l'activité continue des racines dans les sols plus anciens peut perturber les associations existantes et provoquer la libération de carbone sous forme de dioxyde de carbone climatiquement actif. Les résultats de cette étude pourraient aider les scientifiques à déterminer quels sols peuvent mieux stocker le carbone en profondeur et lesquels peuvent être vulnérables à la perte de carbone.

Des scientifiques de l'Université du Massachusetts, Université de l'Arizona, et U.S. Geological Survey a fait équipe avec deux installations d'utilisateurs du DOE, la source lumineuse à rayonnement synchrotron de Stanford et l'EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement, pour examiner les sols profonds de trois à plus de cinq pieds sous terre. Ces sols étaient âgés de 65 ans, 000 à 226, 000 ans, et tous avaient des portions qui avaient été affectées par la croissance répétée des racines. Les scientifiques ont utilisé une série d'analyses en phase solide, certains rendus possibles par la spectrométrie de masse à cyclotron ionique à transformée de Fourier haute résolution et les capacités de spectroscopie Mössbauer de l'EMSL, la source lumineuse à rayonnement synchrotron de Stanford, et la microscopie à rayons X à balayage à la source lumineuse canadienne.

La combinaison de ces techniques a donné à l'équipe un aperçu unique de la nature des associations entre les minéraux et les composés organiques du carbone dans le sol, y compris leur spécificité, la taille des particules, et la composition moléculaire. Les modèles d'altération due aux racines sont en excellent accord avec les conditions trouvées à des endroits avec différents types de sol, climat, et la végétation. Les processus fondamentaux découverts dans cette étude peuvent donc être utiles pour modéliser les influences des racines des plantes sur le stockage du carbone dans les sols à l'échelle mondiale.