Ambientes costeros que soportan pastos marinos, Las marismas y los manglares son depósitos de vastas reservas de carbono orgánico conocidas como carbono azul. Estos reservorios han atrapado carbono orgánico debajo de la superficie durante cientos o miles de años en un ambiente con poco oxígeno.

Desafortunadamente, las zonas costeras están cambiando debido al aumento del nivel del mar y la invasión humana. La combinación de erosión y destrucción del hábitat está permitiendo que el carbono azul atrapado se mezcle con el agua de mar. Los organismos del agua de mar consumen el carbono orgánico y liberan dióxido de carbono a la atmósfera.

"Existe un interés creciente en los hábitats de carbono azul, porque realizan un servicio natural y valioso secuestrando CO2, "dice Thomas Bianchi, Jon y Beverly Thompson, catedráticos de Ciencias Geológicas de la Universidad de Florida. "Las plantas costeras utilizan el CO2 para crecer mediante la fotosíntesis, pero también lo almacenan durante largos períodos en los suelos y sedimentos en los que viven. Eso es único, porque otros hábitats de plantas ciclan el CO2 de sus suelos a la atmósfera mucho más rápido ".

Bianchi es un co-investigador principal que estudia la conversión de carbono azul en CO2 como parte de una propuesta del año fiscal 2017 que integra las colaboraciones para la ciencia del usuario. A través de FICUS, Bianchi y sus colegas utilizarán la experiencia y las capacidades de EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, y el DOE Joint Genome Institute, también una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

El equipo de investigación incluye a los co-investigadores Andrew Ogram y Todd Osborne, asociada postdoctoral Ana Arellano, y los estudiantes de posgrado Elise Morrison y Derrick Vaughn, todos con la Universidad de Florida; Co-PI Nicholas Ward, científico del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico; y Yina Liu, un investigador postdoctoral EMSL. Un estudio autofinanciado, el apoyo proviene de la fundación Thompson y de la Universidad de Florida.

"Estamos interesados ​​en estudiar qué sucede cuando se toma este gran sumidero de carbono en suelos y sedimentos costeros, y comienzas a tallar en él con el aumento del nivel del mar y la erosión de las olas, ", dice Bianchi." ¿Qué controla la rapidez con que el carbono se convierte de nuevo en CO2? "

Descomposición de cebado

El cebado es uno de los factores que afectan la velocidad con la que el carbono almacenado se convierte en CO2. Por ejemplo, los microbios tienen dificultad para descomponer la paja. La mezcla de paja con alfalfa acelera el proceso de descomposición. Los microbios comen rápidamente la alfalfa, pero también rompen la paja. La presencia de material más digerible prepara la paja para que se descomponga.

Los científicos han estudiado el efecto de imprimación en suelos, pero pocos estudios han investigado el cebado en sistemas costeros. En este estudio, El cebado es la mezcla de material vegetal superior en descomposición (plantas con sistemas de raíces) con algas costeras para permitir que los microbios lo descompongan más rápido.

“Presumimos que la descomposición del carbono azul almacenado sería mucho más rápida en presencia de algas que en ausencia de ellas, "dice Bianchi.

El equipo de Bianchi probó la hipótesis con una serie de experimentos realizados en el Laboratorio Whitney de Biociencia Marina de la Universidad de Florida utilizando agua de mar. una mezcla de algas, y turba costera de los humedales de Florida en cuatro tratamientos:(1) control del agua de mar, (2) mezcla de agua de mar y algas, (3) agua de mar y turba, y (4) agua de mar, mezcla de algas y turba. Midieron la cantidad de CO2 producido a lo largo del tiempo por los cuatro tratamientos. El equipo utilizó isótopos como marcadores químicos para rastrear la fuente de las moléculas de CO2. Las muestras de estos experimentos se enviaron al EMSL y al DOE JGI para realizar mediciones de alta resolución de la composición del carbono orgánico y las respuestas genéticas microbianas.

"Nuestros datos preliminares respaldan nuestra hipótesis, ", dice Bianchi." En presencia de algas se obtiene más turba de carbono azul que se convierte en CO2 ".

El efecto de cebado podría ser más dramático a medida que los océanos se vuelven más verdes con algas debido a la contaminación de fertilizantes y otras escorrentías agrícolas.

Conociendo los microbios

El proyecto también utiliza las capacidades de EMSL y DOE JGI para estudiar las comunidades microbianas que convierten la turba en CO2. Quieren saber cómo cambian las comunidades ante la presencia y ausencia de algas. También están interesados ​​en cómo los microbios descomponen la turba, incluidas las enzimas que utilizan. El equipo está utilizando la experiencia y las capacidades de espectrometría de masas y resonancia magnética nuclear de EMSL para esta parte de la investigación.

"Ser un proyecto FICUS nos brinda una oportunidad fantástica de utilizar dos de las mejores instalaciones de investigación del mundo, "dice Bianchi." Trabajar con EMSL y (DOE) JGI nos ayudará a comprender cómo funciona el cebado, porque realmente no conocemos todos los detalles al respecto ".

Bianchi dice que los hallazgos del estudio podrían mejorar los modelos climáticos a medida que los modelos globales se reducen. Los modelos climáticos sofisticados están comenzando a tener en cuenta los efectos regionales. Los hallazgos podrían agregarse a un modelo regional que incluye una conversión de la tierra perdida en CO2 con cebado como factor de mejora.

"Hay una historia más grande, ", dice Bianchi." Un océano costero más verde y un entorno costero desestabilizado debido al aumento del nivel del mar y los cambios en el uso de la tierra están provocando una rápida renovación del carbono almacenado que tiene cientos y miles de años y se convierte en CO2 en parte a través del proceso de cebado ".