Los suelos y sedimentos debajo de nuestros pies pueden contener una cantidad asombrosa de carbono, más que en todas las plantas del mundo y la atmósfera combinada, y representa una fuente potencial significativa de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero.

En un nuevo estudio, Los científicos de Stanford han descubierto un mecanismo previamente desconocido que explica por qué los microbios a veces no logran descomponer toda la materia vegetal y animal. dejando carbono bajo los pies. Entendiendo dónde, y cuanto tiempo, esta materia orgánica enterrada persiste es crucial para que los científicos y los responsables políticos puedan predecir y responder mejor al cambio climático.

"Nuestra imagen de cómo se descompone la materia orgánica en suelos y sedimentos es incompleta, "dijo la autora principal del estudio, Kristin Boye, un científico asociado del personal de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource en el SLAC National Accelerator Laboratory y ex becario postdoctoral en la Escuela de la Tierra de Stanford, Ciencias energéticas y ambientales. "Con este estudio, estamos obteniendo nuevos conocimientos sobre los mecanismos de conservación del carbono en entornos subterráneos con poco oxígeno o sin oxígeno ".

En lugares con escasez de oxígeno, como marismas y llanuras aluviales, los microorganismos no degradan por igual toda la materia orgánica disponible, el estudio muestra. En lugar de, Los compuestos de carbono que no aportan la energía suficiente para que valga la pena que los microorganismos se degraden acaban acumulándose. Este carbono pasado sin embargo, no necesariamente permanece encerrado bajo tierra a largo plazo. Siendo soluble en agua, el carbono puede filtrarse en las vías fluviales cercanas ricas en oxígeno, donde los microbios lo consumen fácilmente.

Hasta la fecha, Los modelos de ecosistemas locales y el cambio climático en general no han tenido en cuenta este nuevo mecanismo de conservación del carbono. habiéndose centrado principalmente en las enzimas microbianas y la disponibilidad de otros elementos para la descomposición de la materia orgánica.

"Los suelos y los sedimentos son una reserva enorme y dinámica de carbono, "dijo el autor principal del estudio, Scott Fendorf, profesor de biogeoquímica del suelo en Stanford Earth. "Es por eso que nos preocupan los tiempos de rotación aquí con respecto a la rapidez con que el carbono orgánico se degrada y se libera como dióxido de carbono a la atmósfera".

Seguimiento del destino del carbono

Para el nuevo estudio, publicado hoy en Naturaleza Geociencia , El equipo de investigación recolectó muestras de núcleos de sedimentos enterrados de cuatro llanuras aluviales en la parte superior de la cuenca del río Colorado en los estados de Colorado y Nuevo México.

El de aproximadamente 3 pies de largo, Las muestras en forma de columna fueron lo suficientemente profundas como para alcanzar capas privadas de oxígeno donde los microbios deben cambiar de hacer el equivalente microbiano de respirar oxígeno a respirar azufre. En cualquier caso, los microbios combinan oxígeno o azufre con alimentos a base de carbono para producir energía y liberar dióxido de carbono o dióxido de azufre a la atmósfera. (Ese dióxido de azufre es responsable del olor característico de los humedales pobres en oxígeno).

Para identificar en qué parte de las muestras de sedimento los microbios habían hecho el cambio, los investigadores recurrieron a la instalación de fuente de luz de radiación sincrotrón de Stanford. La máquina sincrotrón genera una luz de rayos X extremadamente brillante que, cuando brilla sobre las muestras, genera una señal que revela la química del azufre. La presencia de minerales de sulfuro indica dónde los microbios comenzaron a utilizar el azufre junto con el carbono para impulsar su maquinaria bioquímica.

La pregunta era si el cambio al azufre influía en las fuentes de carbono que los microbios comían o dejaban atrás. Descubrir, los investigadores se basaron en instrumentación y colaboraciones únicas dentro del Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en Richmond, Washington. Con la ayuda de un imán muy fuerte, un instrumento llamado espectrómetro de masas en el laboratorio caracterizó el material orgánico soluble en agua. Las pruebas encontraron que, en contraste con las capas donde había oxígeno disponible, Los compuestos de carbono sobrantes en las muestras de sedimento donde se había utilizado azufre para la respiración eran en su mayoría del tipo que requiere más energía para degradarse de la que se liberaría a través de la degradación misma. Inútil, luego, a los microbios en crecimiento, estos compuestos de carbono habían permanecido dentro de las capas de sedimentos más profundas.

Perfeccionamiento de modelos del ciclo del carbono

Llanuras aluviales, como los muestreados en el estudio, se encuentran entre las áreas más comunes a nivel mundial para el internamiento de materia vegetal y animal por sedimentos transportados por el agua. Se sabe que las condiciones de escasez de oxígeno creadas bajo tierra secuestran carbono, pero como sugiere el estudio, en parte por razones previamente desconocidas y con consecuencias imprevistas. Para tales propensos a inundaciones, Las áreas bajas están, por definición, cercanas a las vías fluviales. Soluble, el material orgánico no utilizado puede migrar con bastante facilidad a una vía fluvial aireada para su posterior descomposición, desencadenando la proliferación de algas y otros problemas de calidad del agua, al mismo tiempo que conduce a la producción de dióxido de carbono.

Modelos de cómo los organismos vivos, el terreno, los cuerpos de agua y la atmósfera reciclan el carbono cada vez más necesitarán incorporar matices clave, como el mecanismo de conservación descrito en el nuevo estudio de Stanford, para informar la comprensión de los científicos y las decisiones de los responsables de la formulación de políticas.

"Es esencial establecer correctamente las limitaciones sobre lo que realmente controla los procesos de degradación del carbono, ", dijo Fendorf." Eso es lo que nuestro estudio ayuda a esclarecer ".