Desde el jardín de su patio trasero hasta la cuenca hidrográfica local y la totalidad de América del Norte, Se están produciendo cambios estructurales en el suelo bajo los pies, y la evidencia sugiere que está sucediendo más rápido de lo que se pensaba anteriormente. alterar la calidad y disponibilidad del agua en los EE. UU.

"Los recursos hídricos se rigen por las propiedades del suelo justo debajo de la superficie de la Tierra, "dijo Pamela Sullivan, profesor asistente de geografía y ciencias atmosféricas en la Universidad de Kansas. "Por mucho tiempo, pensamos que las propiedades de estos suelos están cambiando a un ritmo lento. Pero está saliendo a la luz mucha evidencia de que están respondiendo al cambio climático y a los diferentes tipos de uso de la tierra con mayor rapidez. Están respondiendo rápidamente porque la biota en el suelo está respondiendo, tanto plantas como microbios, y al hacerlo, están cambiando las propiedades del suelo. Pero no tenemos buenas medidas de cómo sucede eso o la capacidad de poner en modelos las interacciones y retroalimentaciones que determinarán los recursos hídricos en el futuro ".

Ahora, Sullivan lidera el trabajo por menos de $ 738, 562 subvención de la National Science Foundation para desarrollar nuevos modelos matemáticos para analizar las causas de estas alteraciones observadas en la estructura del suelo — la disposición de las partículas y los poros del suelo — y para examinar las respuestas planta-suelo-agua a las diversas condiciones ambientales.

"Este trabajo analiza tanto la biogeoquímica del suelo como cómo cambia la estructura del suelo, "Sullivan dijo." Cualquiera que se preocupe por cómo serán los recursos hídricos en el futuro se preocupará por esto. Las proyecciones y las decisiones de gestión y la comprensión de la dinámica de las inundaciones pueden verse influidas por la estructura del suelo. Si no entendemos eso, no haremos un buen trabajo para comprender cómo influye en el agua ".

El investigador de KU dijo que la relación entre el suelo y el agua estaba definida por la matriz de minerales y materia orgánica del suelo y los espacios entre, llamado porosidad. Estas propiedades están experimentando cambios que la nueva subvención de la NSF examinará mediante el cribado de grandes cantidades de datos.

"Los cambios en los patrones de precipitación están generando cambios en el propio sistema, ", Dijo Sullivan." Cambia la forma en que el carbono orgánico circula a través del sistema. La estructura cambia para favorecer la infiltración de agua o favorecer la escorrentía, es decir, agua que corre sobre la superficie terrestre. Cuanto más flujo terrestre tengamos, eso viene con más erosión y mayores inundaciones ".

Esta investigación abarca lo que se denomina el enfoque científico de la "zona crítica", la participación de científicos de una amplia gama de disciplinas de los ecologistas, desde podólogos e ingenieros hasta hidrólogos, que piensan de manera integral en la "piel viva" de la Tierra, desde la parte superior del dosel hasta las profundidades del agua subterránea circulante.

Sharon Billings, Profesor de ecología y biología evolutiva de KU y científico principal del Kansas Biological Survey, es co-investigador principal. Daniel Hirmas, anteriormente en KU y ahora en la Universidad de California Riverside, Li Li de la Universidad Estatal de Pensilvania y Alejandro Flores de la Universidad Estatal de Boise también son co-investigadores.

El trabajo de la subvención financiará cuatro becarios postdoctorales y la formación de 10 investigadores de pregrado que ayudarán a desarrollar un nuevo conjunto de modelos para incluir biológicos, interacciones físicas y químicas de suelos locales en los EE. UU.

"Es una gran cantidad de cálculos numéricos y creación de modelos, ", Dijo Sullivan." ¿Cómo tomamos datos e inferimos relaciones e integramos modelos a diferentes escalas? "

En efecto, la investigación abordará los cambios en la estructura del suelo a escalas tan finas como una parcela de tierra y tan grandes como todo el continente de América del Norte.

"Cuando pensamos en los suelos en una escala fina, podemos comprender muchos más mecanismos, o qué está impulsando qué, "Sullivan dijo." Es importante porque podemos ser más detallados y comprender realmente cómo los cambios en la forma en que funcionan los microbios o las raíces pueden controlar la forma en que los ciclos del carbono y actúan como un pegamento para ayudar a formar la estructura del suelo ". y luego lo que eso significa para la cantidad de agua que se puede almacenar y mover. Cuando vamos a escalas de cuencas hidrográficas, incluimos mucha más dinámica en términos de cómo el agua fluye cuesta abajo y cuáles son los cambios espaciales en términos de vegetación que podrían amplificar el efecto de los cambios impulsados ​​por el clima en la estructura del suelo. Pero pierde la escala fina en términos de procesos. Cuando pasamos a escalas continentales, tomamos estas relaciones que ya conocemos, como en ciertas elevaciones y bajo ciertas condiciones, esperamos que esto suceda, en lugar de detallar cada proceso individual en términos de suelo. Todos los procesos están operando a todas las escalas, pero algunos son más importantes que otros para conducir lo que estás mirando. Estamos tratando de averiguar si algo como la topografía es lo más importante, ¿o es el ciclo del carbono por microbios lo más importante a todas las escalas? "

El trabajo producirá nuevas herramientas de modelado para evaluar la sostenibilidad ambiental a lo largo del tiempo y mejorar la capacidad de predecir la dinámica tierra-atmósfera. almacenamiento de agua subterránea, fluctuaciones del nivel freático y eventos de inundaciones. Más lejos, La investigación producirá herramientas accesibles a la comunidad para examinar cómo el suelo, Las retroalimentaciones hidrológicas y biogeoquímicas gobiernan los flujos de nutrientes.

Sullivan dijo que parte del trabajo ayudaría a determinar si la estructura del suelo forma un sistema de retroalimentación positiva con el clima que exacerba o disminuye la severidad del cambio climático.

"Evidencia reciente publicada en la revista Naturaleza por el co-PI Hirmas y sus colegas muestra que en climas más húmedos tenemos una reducción general de la porosidad y la capacidad de mover el agua, ", dijo." A medida que los climas se están secando, vemos un aumento en la porosidad y la capacidad de aspirar agua. A medida que un sistema se vuelve más húmedo o más seco, las porosidades del suelo están cambiando, y la forma en que el suelo se mueve y almacena el agua también está cambiando. La pregunta que abordamos en este proyecto es, '¿Qué retroalimentación le da eso al clima mismo?' Por último, cuando la tierra interactúa con la atmósfera, lo que se intercambia es la distribución de agua ".