تصميم وبناء إعداد تجريبي لتعزيز التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة
Summary
نقدم هنا بناء وتشغيل إعداد تجريبي لتعزيز التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة مع التلاعب في نفس الوقت بالمتغيرات اللاأحيائية المعروفة بتحفيز التجوية. تتم مناقشة النتائج التمثيلية من أداء الإعداد وتحليل العينات جنبا إلى جنب مع نقاط التحسين.
Abstract
التجوية المحسنة (EW) هي تقنية ناشئة لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CO2) يمكن أن تساهم في التخفيف من تغير المناخ. تعتمد هذه التقنية على تسريع العملية الطبيعية للتجوية المعدنية في التربة من خلال التلاعب بالمتغيرات اللاأحيائية التي تحكم هذه العملية ، ولا سيما حجم الحبوب المعدنية والتعرض للأحماض الذائبة في الماء. تهدف الحرب الإلكترونية بشكل أساسي إلى تقليل تركيزات CO2 في الغلاف الجوي عن طريق تعزيز عزل الكربون غير العضوي. حتى الآن ، تم اكتساب المعرفة ب EW بشكل أساسي من خلال التجارب التي ركزت على المتغيرات اللاأحيائية المعروفة بتحفيز التجوية المعدنية ، وبالتالي إهمال التأثير المحتمل للمكونات الحيوية. في حين أنه من المعروف أن البكتيريا والفطريات وديدان الأرض تزيد من معدلات التجوية المعدنية ، فإن استخدام الكائنات الحية في التربة في سياق الحرب الإلكترونية لا يزال غير مستكشف.
يصف هذا البروتوكول تصميم وبناء إعداد تجريبي تم تطويره لتعزيز معدلات التجوية المعدنية من خلال كائنات التربة مع التحكم في الظروف اللاأحيائية في نفس الوقت. تم تصميم الإعداد لزيادة معدلات التجوية مع الحفاظ على نشاط الكائنات الحية في التربة. وهو يتألف من عدد كبير من الأعمدة المملوءة بمسحوق الصخور والمواد العضوية ، وتقع في غرفة المناخ والمياه المطبقة عبر نظام الري السفلي. توضع الأعمدة فوق الثلاجة التي تحتوي على صفائح لجمع المادة المرتشحة. تظهر النتائج التمثيلية أن هذا الإعداد مناسب لضمان نشاط كائنات التربة وتحديد تأثيرها على عزل الكربون غير العضوي. لا تزال هناك تحديات في تقليل خسائر المادة المرتشحة ، وضمان التهوية المتجانسة من خلال غرفة المناخ ، وتجنب فيضان الأعمدة. مع هذا الإعداد ، يقترح نهج مبتكر وواعد لتعزيز معدلات التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة وفصل تأثير العوامل الحيوية وغير الحيوية كمحركات للحرب الإلكترونية.
Introduction
التجوية المحسنة (EW) هي تقنية جديدة نسبيا ومنخفضة التقنية لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR) مع إمكانات كبيرة للتخفيف من تغير المناخ1،2،3. يعتمد مبدأ هذه التقنية على تسريع عملية التجوية المعدنية الطبيعية في التربة ، مما يؤدي إلى عزل ثاني أكسيد الكربون (CO2) ككربون غير عضوي (IC) 3. يهدف التجوية المحسنة إلى زيادة عزل IC عن طريق تحسين العوامل التي تحكم التجوية المعدنية بشكل مصطنع ، وبالتالي تعزيز السرعة التي يحدث من خلالها التجوية للمقاييس الزمنية ذات الصلةبالإنسان 3. لكي تكون الحرب الإلكترونية أكثر فاعلية ، يتم طحن معادن السيليكات سريعة التجوية إلى مسحوق مع توزيع حجم الحبوب في نطاق ميكرومتر إلى ملليمتر للوصول إلى مساحة سطح عالية التفاعلفي نطاق ~ 1 م2 · جم -1 3,4.
حتى الآن ، تم توفير المعرفة حول EW بشكل أساسي من خلال التجارب التي تركز على العوامل اللاأحيائية التي تحكم معدلات إذابة المعادن5. وتشمل هذه التفاعل المعدني ومساحة السطح ، ودرجة الحرارة ، وتكوين المحلول ، ووقت الإقامة المائية ، والحموضة4،6،7 ، ولكن لا يزال يتعين إجراء البحوث في هذا السياق. إلى جانب تأثرها بالعوامل اللاأحيائية ، تتشكل النظم الطبيعية ، والتربة على وجه الخصوص ، من قبل عدد كبير من الكائنات الحية ، بدءا من الميكروبات إلى الكبيرة مثل ديدان الأرض. على الرغم من أن بعض الدراسات أظهرت تأثيرا ضئيلا أو معدوما للنشاط الحيوي للذوبان المعدني8،9،10 ، فقد قدمت دراسات أخرى دليلا على أن الكائنات الحية في التربة مثل البكتيريا 11،12 والفطريات13،14 وديدان الأرض15،16 يمكن أن تزيد من معدلات التجوية المعدنية. لذلك ، يمكن أن تكون المكونات الحيوية مفتاحا لفهم إمكانات عزل IC الفعلية ل EW5.
أول آلية شائعة يمكن من خلالها لكائنات التربة تسريع إذابة المعادن هي عن طريق إطلاق CO2 أثناء التنفس ، مما يزيد من تحمض التربة17. إلى جانب ذلك ، يمكن للبكتيريا والفطريات زيادة التجوية المعدنية عن طريق نضح البروتونات والمخلبات والأحماض العضوية والإنزيمات ، وكلها تعزز ذوبان المعادن18،19،20،21. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي الاستخلاب من خلال مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل إلى اختلال توازن الأيونات ، ونقل العناصر بعيدا عن أسطح المعادن وخفض حالات التشبع20,22. هذا يمكن أن يؤدي إلى تكوين معادن ثانوية أقل وكفاءة أعلى للحرب الإلكترونية. علاوة على ذلك ، من خلال التغذية على جزيئات التربة ، يمكن للتأثيرات القوية لجدران جسم ديدان الأرض أن تكسر الحبوب المعدنية إلى جزيئات أدق ، مما يزيد من مساحة سطحها التفاعليةالمتاحة 23. يمكن للميكروبات التي تعيش في أمعاء ديدان الأرض والفضلات الطازجة أن تهاجم هذه الجسيمات الأصغر ، مما يزيد من إفراز الأحماض العضوية والإنزيمات24,25. من خلال نشاط الحفر ، بالإضافة إلى المساهمة في خلط الجسيمات العضوية والمعدنية ، تخلق ديدان الأرض أيضا مسام كبيرة يمكن أن تسمح بتدفق المياه لتجاوز مساحة المسام المشبعة17. هذا يمكن أن يمكن الماء من التفاعل مع الأسطح المعدنية المختلفة وتعزيز معدل ملامسة المياه والصخور.
حتى الآن ، لم يتم إنشاء أي إعداد لدراسة معدلات EW وبالتالي عزل IC باستخدام كائنات التربة مع ضمان إمكانية تحسين الظروف اللاأحيائية المختلفة ذات الصلة ، مثل مدخلات المياه ودرجة الحرارة ونوع المعدن وحجم الحبوب المعدنية. هنا ، يتم تقديم تصميم وشرح خطوات البناء لإعداد مبتكر يهدف إلى زيادة معدلات الحرب الإلكترونية من خلال نشاط كائنات التربة في mesocosms الصغيرة. يتكون الإعداد التجريبي من 203 أعمدة (طول 15 سم ، قطر 7 سم) موضوعة في غرفة مناخية (4.54 م × 2.72 م) عند 25 درجة مئوية لمدة 8 أسابيع. تنقسم الأعمدة ال 203 إلى 10 مجموعات من 18 ومجموعتين من 10 لتناسب غرفة المناخ. يتم استخدام إحدى المجموعتين المكونة من 10 أعمدة للسماح بإدراج ثلاثة أعمدة أخرى تستخدم كفراغات. يتم وضع كل مجموعة فوق الثلاجة ويعلوها نظام ري يمكن التحكم فيه عن بعد ، والذي يسمح بمعدلات ري متغيرة داخل الثلاجات وفيما بينها. يتم جمع المادة المرتشحة لكل عمود في وعاء محفوظ عند درجة حرارة ثابتة في الثلاجة (الشكل 1). تجمع ثلاجة واحدة المادة المرتشحة لمجموعة من الأعمدة ، مما يعني أنه يمكن اعتبار ثلاجة واحدة نظاما واحدا من 18 أو 10 أعمدة. لذلك، يمكن ضبط عدد الأعمدة في هذا الإعداد التجريبي وفقا للمتطلبات التجريبية بحد أقصى 203 عمودا.
الشكل 1: منظر جانبي تخطيطي للإعداد يظهر 5 أعمدة ولكن مع الأخذ في الاعتبار نظاما مكونا من 18 عمودا. الإطار الذي يحمل الأعمدة مصنوع من ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ ومسامير الفولاذ المقاوم للصدأ وألواح الأكريليك. يتم وضع الأعمدة في منتصف الإطار ويعلوها نظام الري. أسفل الأعمدة ، يتم توصيل القمع بصفائح المياه عبر الأنابيب لجمع المادة المرتشحة. توجد صفائح المياه في الثلاجة التي تحمل النظام بأكمله. يمكن فتح الثلاجة عن طريق رفع الغطاء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
في هذا الإعداد ، يضمن استخدام مساحيق صخور السيليكات ذات أحجام الحبوب المحددة إمكانية الوصول إلى معدلات تجوية عالية ، في حين أن التلقيح بالبكتيريا والفطريات وديدان الأرض المختارة على وجه التحديد يمنح النشاط الحيوي في هذا النظام الاصطناعي. يتيح الإعداد القياس الكمي المتزامن للكربون المحتجز في العينات الصلبة والسائلة عن طريق قياس كل من IC المذاب والصلب ، وكذلك القلوية الكلية (TA). إلى جانب ذلك ، يمكن قياس المعلمات الأخرى مثل الأس الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي (EC) والأيونات في المادة المرتشحة كمؤشرات للتجوية. يسمح هذا الإعداد أيضا بتقييم تأثير بقاء الكائنات الحية في التربة ونشاطها. أظهرت النتائج التمثيلية لإثبات مدى ملاءمة هذا البروتوكول لبناء إعداد حيث يتم اشتقاق الزيادات في معدلات التجوية ليس فقط من العوامل اللاأحيائية ولكن أيضا من العوامل الحيوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
في سياق البحث الحالي ، تم تصميم هذا الإعداد بشكل فريد لتحسين عزل الكربون غير العضوي من خلال تعزيز التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة ، مع التلاعب في الوقت نفسه بالعوامل اللاأحيائية المعروفة بتحفيز التجوية. تتيح إمكانية جمع كل من المادة المعالجة الصلبة والمادة المرتشحة في هذا الإعداد توصيفا كاملا لكلا الجزأين. على الرغم من الكم الهائل من الأعمدة ، فإن جمع العينات والتحليلات التي أجريت تضمن جمع بيانات عالية الجودة. إلى جانب ذلك ، يعد وجود عدد كبير من المجموعات في تشغيل تجريبي واحد أمرا مهما جدا لتحليل البيانات التي تم جمعها باستخدام طرق إحصائية حديثة ومتقدمة ، مثل التعلم الآلي. يمكن استخدام هذه الطرق لتحديد المتغيرات الرئيسية التي تؤدي إلى ارتفاع معدلات التجوية والمزيد من عزل الكربون. وبالتالي ، يوفر هذا الإعداد الفرصة لتحسين فهم الآثار التي يمكن أن تحدثها كائنات التربة على عزل EW و IC. هذا أمر أساسي لوضع قيود أكثر واقعية على حدود الحرب الإلكترونية وكفاءتها في الحد من تركيزات CO2 في الغلاف الجوي. يقدم هذا الإعداد العديد من الأصالة مقارنة بالدراسات الحالية التي تبحث في الحرب الإلكترونية وتأثير الكائنات الحية في التربة.
فيما يتعلق بتأثيرات العوامل اللاأحيائية على EW ، فقد تم التحقيق فيها بالفعل في الدراسات السابقة4،29،30،31،32،33،34. قارنت بعض هذه الدراسات كميات وأنواع وأحجام حبيبات مختلفة من الصخور ، لكن إعدادها إما يتكون من تجربة وعاء 32,33 أو تضمن خلط مسحوق الصخور مع التربة34. ركزت تجارب أخرى على نوع واحد من الصخور بمعدلات ري مختلفة ولكن لم يكن لديها إمكانية الري بشكل متكرر باستخدام نظام آلي أو ركزت على معدلات وترددات ري متعددة35. قدمت دراسات أخرى إعدادا مشابها للإعداد المقدم في البروتوكول الحالي ، مع إمكانية ضبط معدلات الري والحفاظ على درجة حرارة ثابتة ، إلى جانب اختلاف أحجام وأنواع الحبوب الصخرية 29,30. علاوة على ذلك ، كان تصميم هذه الإعدادات مشابها للتصميم المقترح في المخطوطة الحالية ومصمم لجمع المادة المرتشحة لمزيد من التحليلات29،30. بالإضافة إلى ذلك ، كانت تركيزات CO2 متنوعة في هذه الدراسات كعامل آخر يعزز التجوية29. ومع ذلك ، لم تركز أي من هذه الدراسات السابقة على تأثير العوامل الحيوية على تعزيز الحرب الإلكترونية. في هذا الإعداد ، الهدف هو تعزيز عملية التجوية ، وزيادة عزل IC ، عن طريق تلقيح بكتيريا وفطريات وديدان الأرض معينة وتحديد إلى أي مدى يمكنها تسريع الحرب الإلكترونية.
فيما يتعلق بتأثير العوامل الحيوية على الحرب الإلكترونية ، لم تركز دراسات قليلة على وجه التحديد على الحرب الإلكترونية ولكنها بحثت فيما إذا كانت كائنات التربة يمكن أن تؤثر على التجوية المعدنية. استكشفت هذه الدراسات بشكل أساسي كيفية تأثر التجوية بكائنات التربة باستخدام وسائط الاستزراع 19,21 ، أطباق بتري 36 ، أكياس النايلون المدفونة في التربة14 ، أو كميات صغيرة من مسحوق الصخور الممزوج بركائز أخرى36,37. إن استخدام مثل هذه الأنظمة أو الإعدادات الصغيرة يجعل من الصعب فصل تأثير الكائنات الحية عن المتغيرات الأخرى. استخدمت بعض التجارب إعدادا مشابها للإعداد المقترح هنا ولكن على نطاق أصغر ، مع تلقيح أعمدة مملوءة بمسحوق الصخور بكائنات التربة38،39،40. ومع ذلك ، فإن هذه التجارب إما نمت النباتات بشكل متزامن ولم تركز على التأثير الحصري لكائنات معينة في التربة13،35 ، أو لم تجمع المادة المرتشحة36. إلى جانب ذلك ، ركزت معظم الدراسات التي أظهرت أن البكتيريا والفطريات وديدان الأرض تزيد من التجوية المعدنية على تأثير هذه الكائنات على إطلاق المغذيات كمؤشر على التجوية بدلا من عزل IC11،13،14،19،36،37،38. قبل كل شيء ، لم تهدف أي من هذه الدراسات السابقة إلى تعزيز الحرب الإلكترونية أو قدمت إمكانية تعديل العوامل اللاأحيائية والحفاظ عليها طوال الفترة التجريبية. في هذا الإعداد ، بدلا من الحفاظ على جميع العوامل اللاأحيائية ثابتة ، يتم اختبار العديد من التركيبات لأربعة عوامل غير أحيائية ، مثل معدلات الري بالمياه وتردداتها ، ونوع مسحوق الصخور ، وحجم الحبوب ، بهدف تعزيز الحرب الإلكترونية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة.
إلى جانب ذلك ، لم تقدم أي من الدراسات السابقة التي ركزت على تأثير العوامل اللاأحيائية أو الحيوية على الحرب الإلكترونية إمكانية وجود عدد كبير للغاية من الأعمدة والمتغيرات في إطار تجريبي واحد. في هذا الإعداد ، من الممكن اختبار مجموعات مختلفة متعددة من المتغيرات المختلفة أثناء تشغيل واحد من التجارب نظرا للعدد الهائل من الأعمدة التي تم تصميم الإعداد لها ، مع الاستمرار في تقديم نتائج عالية الجودة. نظرا لحداثة الإعداد ، يتم تقديم بعض التحسينات المحتملة والتحديات المتبقية التي يمكن أخذها في الاعتبار أثناء تصميم إعدادات مماثلة في المستقبل.
يجب ضمان ظروف الهواء المتجانسة في غرفة الحضانة. يضمن وضع الإعداد في غرفة المناخ درجة حرارة ثابتة ورطوبة نسبية. قد تكون قيود التهوية (مثل تدفق الهواء) قد خلقت تقلبا مكانيا في الظروف الجوية وبالتالي أدت إلى تبخر غير متناسب من الأعمدة في مواقع معينة ، وهي ظاهرة شائعة في هذا النوع من الإعداد35. للتعامل مع هذا العيب ، عندما لا يكون النسخ المتماثل والعشوائية ممكنا ، ينصح بحساب توازن الماء للأعمدة الموضوعة في مواقع مختلفة في جميع أنحاء الغرفة.
يجب محاذاة الأعمدة بعناية مع الممرات بمجرد إدخالها في لوحة الأكريليك لتجنب فقد المادة المرتشحة. خلال الفترة التجريبية التي تم النظر فيها ، حدثت خسائر المادة المرتشحة من أسفل الأعمدة بسبب وضع غير صحيح للممرات أو بسبب انسداد الشبكات. جنبا إلى جنب مع التبخر ، يمكن أن يفسر هذا جزئيا سبب انخفاض المادة المرتشحة التي تم جمعها مقارنة بالتوقعات (الشكل 13). لتقليل هذه الخسائر ، من المهم التأكد من وضع مسارات التحويل على النحو الأمثل أسفل الأعمدة. يعد استخدام مسارات التحويل الأوسع خيارا قابلا للتطبيق أيضا. في هذه الحالة ، يجب الانتباه إلى قطر الثقوب أثناء بناء ألواح الأكريليك والمسافة بين ألواح الأكريليك.
يعد تدفق المياه البطيء في تجارب عمود التربة حيث يتم تطبيق الماء بشكل متكرر مشكلة متكررة7،30،40. في التجارب التي أجريت مع الإعداد المقدم ، في بعض الحالات تم استخدام معدلات ري عالية إلى حد ما وأحجام حبيبات معدنية دقيقة للغاية ، والتي تفتقر في البداية إلى بنية كما لوحظ عادة في التربة. قد يكون هذا قد تسبب في انسداد مسام الشبكات الموجودة في أسفل الأعمدة التي تحتوي فقط على معادن دقيقة أثناء إجراء التجارب. لذلك ، لم تتدفق المياه بالسرعة الكافية عبر الأعمدة ، مما أدى إلى فيضان الأعمدة ، والحد من تسرب المياه وجمع المادة المرتشحة ، وفي ظروف نقص الأكسجين داخل الأعمدة ، مما أثر على العمليات البيوجيوكيميائية. للتخفيف من هذه المشكلة ، من المهم دائما خلط نسبة معينة من الحبيبات الخشنة مع أحجام الحبوب المعدنية الدقيقة وتجنب مخاليط حجم الحبوب المعدنية الدقيقة جدا بنسبة 100٪. خيار آخر هو السماح للأعمدة بتجربة عدد معين من دورات الترطيب / التجفيف لبدء تكوين بنية التربة ، وبالتالي تحسين تسرب المياه. إلى جانب ذلك ، قبل بدء التجربة ، سيكون من المفيد تحديد ديناميكيات مياه التربة الأساسية ، مثل التدفق المشبع وغير المشبع ومنحنى احتباس الماء ، في عدد قليل من mesocosms لفهم تدفق الغاز وحالة التشبع المعدني ومحركات نشاط الكائنات الحية بشكل أفضل.
الإعداد التجريبي المقدم مناسب للاستخدام ، ويقدم تثبيتا مباشرا ويمكن تعديله وفقا لاحتياجات البحث. في سياق التجوية المعدنية ، مع التعديلات اللازمة ، يمكن أن يقترن بغرفة غاز ليس فقط لتوصيف الكربون في المرحلة الصلبة والمائية ولكن للنظر في ديناميكيات الكربون في المرحلة الغازية أيضا. إلى جانب ذلك ، يمكن استخدام هذا الإعداد لدراسة معدلات تسرب المياه الواقعية مع تسلسلات جافة ورطبة ، حيث يمكن أن تؤثر هذه الديناميكيات الزمنية بقوة على التجوية41. لا يقتصر استخدام هذا الإعداد على التجارب التي تركز فقط على معادن السيليكات ، ولكن يمكن تنفيذه في تجارب الأعمدة التي تستخدم ركائز مختلفة. إلى جانب ذلك ، يمكن تقصير طول التجارب أو تمديدها وفقا للاحتياجات التجريبية ، ويمكن تغيير عدد الأعمدة. تتيح لنا إمكانية جمع العينات من كل من المواد المعالجة الصلبة والمادة المرتشحة إجراء تحليلات مختلفة للتركيز على أحد المكونين أو كليهما. لتقديم المعرفة ، هذا هو الإعداد الوحيد الذي تم بناؤه حتى الآن بعدد استثنائي من الأعمدة التي تهدف إلى استخدام كائنات التربة لتعزيز التجوية المعدنية مع التحكم في نفس الوقت في الظروف اللاأحيائية في نظام مصنوع من معادن السيليكات والمواد العضوية فقط.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نعترف بتون فان دير زالم من توبولا لتطوير نظام الري. بالإضافة إلى ذلك ، نشكر جاكو بارس من توبولا على الضحك والدعم العقلي المقدم أثناء بناء هذا الإعداد. نشكر بيتر غارامسازيغي وأنخيل فيلاسكو سانشيز على المساعدة في سقي الأعمدة يدويا عندما كان نظام الري لا يعمل. كما نشكر ستيفن هيسترمان وشومينغ لي وكارين موران ريفيرا وجونا فان دن بيرغ وكانغينغ شيه على المساعدة المقدمة أثناء أخذ العينات. نشكر بيغي بارتش وتوم جابينن وبيتر نوبل وبرنت روتجانز وأندريه فان ليوين وجيرليند فينك على المساعدة في المختبر وتحليل العينات والمناقشات المثمرة. أخيرا ، نشكر Jeroen Zonneveld من Unifarm على توفير وصيانة غرفة المناخ. تم بناء هذا الإعداد كجزء من مشروع التجوية المعدنية المعجلة الحيوية (BAM!) ، والذي يموله برنامج إطار عمل الاتحاد الأوروبي Horizon 2020 للبحث والابتكار بموجب اتفاقية المنحة رقم 964545.
Materials
| Acryl sheet plates | WSV kunststoffen BV | N/A | Used for holding columns, funnels, irrigation tubes and pipes. |
| Adapter ring | Tameson | FL2S-FM-B-014G-034G | Used ot make the system to connect the PU hose to the tap. |
| Cable ties | Gamma | 456196 | Used for holding the mesh system. |
| Citric acid | Nortembio (amazon.nl) | B01BDLOGW2 | Used for cleaning pipes and funnels. |
| CytoFLEX flow cytometer | Beckam Coulter | CytoFLEX | |
| Dishwasher soap | BOOM | 77000307.9010 | Used for cleaning the jerrycans. |
| Eight relay expansion module | Control by web | X-12s | Used to control the valves of hte irrigation system. |
| End cap | Wildkamp | 819906 | Used to close one end of the main tube of the irrigation system. |
| Fridges | HorecaGemak | DIA-BVL031/6P | Used for storing the jerrycans. |
| Funnels | Praxisdienst | 135864 | Used for directing the leachate from the columns to the jerrycans. 75 mm diamater. |
| Hand punch | Wildkamp | 719928 | Used to cut holes for small tubes in the main tube of the irrigation tube. |
| HDPE Jerrycan 10 L | Glas-shop.be | 105157 | Come with lid. Used to collect the leachate. |
| HDPE Jerrycan 5 L | Glas-shop.be | 105156 | Come with lid. Used to collect the leachate. |
| Hexagon nut | Fabory | 51080.100.001 | Used to block acryl sheets on metal screws. |
| Label printer | Brother | PT-H107B | Used for printing labels to stick on acryl sheets. |
| Ldpe irrigation pipe | Wildkamp | 15382585 | Used to make main tube of the irrigation system. |
| Luggage scale | United Entertainment | 8718274546996 | Used to weigh jerrycans. |
| Mesh 10 μm | Franz Eckert | PES-10/2 | Used for the mesh system. |
| Mesh 20 μm | Franz Eckert | PES-20/13 | Used for the mesh system. |
| Metal screws | Schroeven goothandel.nl | 100975401010 | Used to install acryl sheets. |
| Micro hose for drip irrigation | Wildkamp | 15119128 | Used to make small tubes of the irrigation system. |
| Middle ring | self-made with 3D printer | self-made with 3D printer | Used for holding the columns a few centimeters above the funnels. |
| Nosepiece | Wildkamp | 15045986 | Used to connect the solenoid valve to the irrigation pipe. |
| Nylon mesh | Sefar | N/A | 1 mm mesh used for the top of the columns to prevent earthworms' escape. |
| Plastic beads | lyondelbasell | TRC 352N C12507 | Used for the mesh system. |
| Plug-in fitting with 2 connections | Tameson | F24V5 | Used at the end of the system to end the PU hose. |
| Polycarbonate enclosure | RS | 498-5387 | Used to house the electronical compontents of the irrigation system. |
| Power cable | RS | 775-6075 | Used to connect the valves. |
| pp coupling | Wildkamp | 719780 | Used to make the system to connect the PU hose to the tap. |
| Pressure regulator | Wildkamp | 719943 | Used to make sure all small tubes were releasing same amount of water. |
| PTFE tape | GAMMA | 237001 | Used ot wrap the end of hte irrigation pipe. |
| PU hose | Tameson | PU-8-1198-50-1 | Used to connect all the valves with eath other and to the tap. |
| PVC pipes | Rubbermagazijn | 99001230 | Used for connecting the funnels to the jerrycans. |
| PVC tubes | Wildkamp | 91700 | Used to make the columns. |
| Rail power supply | RS | 145-7873 | Used to supply power to the eight relay expansion module. |
| Rubber bands | PasschierTerpo | 8714603820621 | Used to hold the mesh for earthworms. |
| Solenoid valve | Tameson | CM-DA014B020E-024DC | Used for opening and closing of the waterflow. |
| Sprinklers | self-made with 3D printer | self-made with 3D printer | Used for evenly distribute the water over the columns. |
| Stainless steel plates | 24/7 tailor steel | N/A | Used as a frame for the set-up above the fridge. |
| T-piece plug in fitting | Tameson | F25DT | Used to connect the solenoid valve to the PU hose. |
| TPU 95A material | MakerPoint | 1756 | Used to print components with 3D printer. |
| Washer carriers | Fabory | 50095.100.001 | Used to put below hexagon nut. |
| Web Enabled Controller | Control by web | X-400-I(9-28 VDC) | Used for allowing online control of the irrigation settings. |
Referências
- Beerling, D. J., et al. Potential for large-scale CO2 removal via enhanced rock weathering with croplands. Nature. 583 (7815), 242-248 (2020).
- Fuss, S., et al. Negative emissions – Part 2: Costs, potentials and side effects. Environmental Research Letters. 13, 063002 (2018).
- Goll, D. S., et al. Potential CO2 removal from enhanced weathering by ecosystem responses to powdered rock. Nature Geoscience. 14 (8), 545-549 (2021).
- Hartmann, J., et al. Enhanced chemical weathering as a geoengineering strategy to reduce atmospheric carbon dioxide, supply nutrients, and mitigate ocean acidification. Reviews of Geophysics. 51 (2), 113-149 (2013).
- Vicca, S., et al. Is the climate change mitigation effect of enhanced silicate weathering governed by biological processes. Global Change Biology. 28 (3), 711-726 (2022).
- Strefler, J., Amann, T., Bauer, N., Kriegler, E., Hartmann, J. Potential and costs of carbon dioxide removal by enhanced weathering of rocks. Environmental Research Letters. 13 (3), 034010 (2018).
- te Pas, E. E., Hagens, M., Comans, R. N. Assessment of the enhanced weathering potential of different silicate minerals to improve soil quality and sequester CO2. Frontiers in Climate. 4, 954064 (2023).
- Jordan, G., Pokrovsky, O. S., Guichet, X., Schmahl, W. W. Organic and inorganic ligand effects on magnesite dissolution at 100 °C and pH = 5 to 10. Chemical Geology. 242 (3-4), 484-496 (2007).
- Shirokova, L. S., et al. Experimental study of the effect of heterotrophic bacterium (Pseudomonas reactans) on olivine dissolution kinetics in the context of CO2 storage in basalts. Geochimica et Cosmochimica Acta. 80, 30-50 (2012).
- Pokrovsky, O. S., Shirokova, L. S., Zabelina, S. A., Jordan, G., Bénézeth, P. Weak impact of microorganisms on Ca, Mg-bearing silicate weathering. npj Materials Degradation. 5, 51 (2021).
- Basak, B. B., Biswas, D. R. Influence of potassium solubilizing microorganism (Bacillus mucilaginosus) and waste mica on potassium uptake dynamics by sudan grass (Sorghum vulgare Pers.) grown under two Alfisols. Plant and Soil. 317 (1-2), 235-255 (2009).
- Gouda, S., et al. Revitalization of plant growth promoting rhizobacteria for sustainable development in agriculture. Microbiological Research. 206, 131-140 (2018).
- Burghelea, C. I., et al. Trace element mobilization during incipient bioweathering of four rock types. Geochimica et Cosmochimica Acta. 234, 98-114 (2018).
- Wild, B., Imfeld, G., Daval, D. Direct measurement of fungal contribution to silicate weathering rates in soil. Geology. 49 (9), 1055-1058 (2021).
- Hu, L., et al. Earthworm gut bacteria increase silicon bioavailability and acquisition by maize. Soil Biology and Biochemistry. 125, 215-221 (2018).
- Liu, D., Lian, B., Wang, B., Jiang, G. Degradation of potassium rock by earthworms and responses of bacterial communities in its gut and surrounding substrates after being fed with mineral. PLoS ONE. 6 (12), e28803 (2011).
- Schwartzman, D. The geobiology of weathering: a 13th hypothesis. arXiv. , (2015).
- Buss, H. L., Lüttge, A., Brantley, S. L. Etch pit formation on iron silicate surfaces during siderophore-promoted dissolution. Chemical Geology. 240 (3-4), 326-342 (2007).
- Sun, L. L., et al. Differences in the gene expressive quantities of carbonic anhydrase and cysteine synthase in the weathering of potassium-bearing minerals by Aspergillus niger. Science China Earth Sciences. 56 (12), 2135-2140 (2013).
- Van Hees, P. A. W., et al. Oxalate and ferricrocin exudation by the extramatrical mycelium of an ectomycorrhizal fungus in symbiosis with Pinus sylvestris. New Phytologist. 169 (2), 367-378 (2006).
- Xiao, L., Lian, B., Hao, J., Liu, C., Wang, S. Effect of carbonic anhydrase on silicate weathering and carbonate formation at present day CO2 concentrations compared to primordial values. Scientific Reports. 5, 7733 (2015).
- Welch, S. A., Taunton, A. E., Banfield, J. F. Effect of microorganisms and microbial metabolites on apatite dissolution. Geomicrobiology Journal. 19 (3), 343-367 (2002).
- Suzuki, Y., Matsubara, T., Hoshino, M. Breakdown of mineral grains by earthworms and beetle larvae. Geoderma. 112 (1-2), 131-142 (2003).
- Carpenter, D., Hodson, M. E., Eggleton, P., Kirk, C. The role of earthworm communities in soil mineral weathering: a field experiment. Mineralogical Magazine. 72 (1), 33-36 (2008).
- Georgiadis, A., Marhan, S., Lattacher, A., Mäder, P., Rennert, T. Do earthworms affect the fractionation of silicon in soil. Pedobiologia. 75, 1-7 (2019).
- TRBA 450 classification criteria for biological agents. Available from: https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRBA/TRBA-450.html (2016)
- TRBA 466 Classification of prokaryotes (bacteria and archaea) into risk groups. Available from: https://www.baua.de/EN/Service/Legislative-texts-and-technical-rules/Rules/TRBA/TRBA-466.html (2010)
- TRBA 460 Classification of fungi in risk groups. Available from: https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRBA/TRBA-460.html (2016)
- Amann, T., Hartmann, J. Carbon accounting for enhanced weathering. Frontiers in Climate. 4, 849948 (2022).
- Amann, T., Hartmann, J., Hellmann, R., Pedrosa, E. T., Malik, A. Enhanced weathering potentials-the role of in situ CO2 and grain size distribution. Frontiers in Climate. 4, 929268 (2022).
- Vienne, A., et al. Enhanced weathering using basalt rock powder: carbon sequestration, co-benefits and risks in a mesocosm study with Solanum tuberosum. Frontiers in Climate. 4, 869456 (2022).
- Ten Berge, H. F., et al. Olivine weathering in soil, and its effects on growth and nutrient uptake in ryegrass (Lolium perenne L.): a pot experiment. PLoS ONE. 7 (8), e42098 (2012).
- Amann, T., et al. Enhanced weathering and related element fluxes-a cropland mesocosm approach. Biogeosciences. 17 (1), 103-119 (2020).
- Dietzen, C., Harrison, R., Michelsen-Correa, S. Effectiveness of enhanced mineral weathering as a carbon sequestration tool and alternative to agricultural lime: an incubation experiment. International Journal of Greenhouse Gas Control. 74, 251-258 (2018).
- Wood, C., Harrison, A. L., Power, I. M. Impacts of dissolved phosphorus and soil-mineral-fluid interactions on CO2 removal through enhanced weathering of wollastonite in soils. Applied Geochemistry. 148, 105511 (2023).
- Carpenter, D., Hodson, M. E., Eggleton, P., Kirk, C. Earthworm induced mineral weathering: preliminary results. European Journal of Soil Biology. 43, S176-S183 (2007).
- De Souza, M. E. P., et al. Vermicomposting with rock powder increases plant growth. Applied Soil Ecology. 69, 56-60 (2013).
- Burghelea, C., et al. Mineral nutrient mobilization by plants from rock: influence of rock type and arbuscular mycorrhiza. Biogeochemistry. 124, 187-203 (2015).
- Zaharescu, D. G., et al. Ecosystem composition controls the fate of rare earth elements during incipient soil genesis. Scientific Reports. 7, 43208 (2017).
- Van Grinsven, J. J. M., Van Riemsdijk, W. H. Evaluation of batch and column techniques to measure weathering rates in soils. Geoderma. 52 (1-2), 41-57 (1992).
- Calabrese, S., et al. Nano-to global-scale uncertainties in terrestrial enhanced weathering. Environmental Science & Technology. 56 (22), 15261-15272 (2022).
