Sótano húmedo. Calcetines viejos. Huevos podridos. Estiércol de vaca humeante.

Por extraño que parezca, estos son los aromas de nuestra investigación, que nos ha llevado a través del Ártico europeo desde el norte de Escandinavia hasta muchos rincones de Groenlandia. Estamos estudiando la liberación de un grupo particular de compuestos de la tundra ártica a medida que el clima se calienta.

En un viaje ayudamos a algunos de nuestros colegas a perforar el suelo congelado para recuperar un núcleo de permafrost, y notamos un fuerte, olor característico.

Podemos describirlo mejor como un olor desagradable a huevos podridos mezclado con el aroma fresco de la tierra después de la lluvia. Y es este hedor lo que nos llevó a creer que hay mucho más que dióxido de carbono y metano, ambos son gases de efecto invernadero inodoros, ser liberado a la atmósfera cuando el permafrost se descongela.

Entonces, trajimos parte del suelo de permafrost a nuestro laboratorio en Copenhague. Colocamos las muestras en frascos Mason, los conecté a un analizador de gases extremadamente sensible para ver cuáles eran estos gases.

Para nuestra sorpresa, encontramos no solo un par de gases pasados ​​por alto, pero varios cientos de tipos diferentes de gases rezumando del permafrost descongelado. Muchos de ellos realmente huelen pero en el laboratorio descubrimos muchos más que son tan inodoros como invisibles.

Viviendo en el permafrost

Pero, ¿qué son estos gases? Y de dónde vienen ellos? La respuesta está en la vida bacteriana escondida en estos suelos congelados.

Los gases pertenecen a un grupo de sustancias químicas que se conocen colectivamente como compuestos orgánicos volátiles o COV, producido por bacterias.

El suelo de permafrost puede parecer un lugar bastante inhóspito con temperaturas constantemente bajo cero. Pero, un gramo de este resfriado, El suelo ártico puede contener millones de bacterias.

La mayoría sobrevive entrando en un estado latente metabólicamente inactivo, pero algunos de ellos se han adaptado a las duras condiciones y se mantienen activos. Por ejemplo, algunas bacterias contienen proteínas anticongelantes que evitan que se formen cristales de hielo en las células al reducir el punto de congelación del agua.

De hecho, el permafrost alberga una gran diversidad de vida microbiana. Prosperan en las venas de salmuera líquida que corren por el suelo helado, donde el punto de congelación es menor debido a la gran cantidad de sal. Y también pueden sobrevivir en la parte superior del permafrost, donde puede infiltrarse el agua derretida del suelo no congelado de arriba.

Charla bacteriana

Es probable que las bacterias no experimenten dolores de cabeza o crisis de la mediana edad, y la vida como bacteria probablemente no sea tan complicada. Sin embargo, se comunican entre sí y con su entorno.

Las bacterias producen COV para actuar como señales que permiten a otras bacterias saber cuándo reproducirse o implementar medidas de defensa contra enemigos potenciales.

Otros VOC se emiten sin ningún propósito específico. Son simplemente un subproducto de la evaporación o una miríada de otras actividades que tienen lugar en las comunidades microbianas.

Entonces, Los gases del permafrost que observamos en nuestro experimento eran esencialmente productos de la antigua comunicación bacteriana y la actividad metabólica.

Si bien la actividad bacteriana en el permafrost es muy baja, estos gases pueden acumularse durante un tiempo prolongado. A medida que se acumulan lentamente, quedan atrapados en estos antiguos suelos de permafrost, que puede tener millones de años y eventualmente acumular una cantidad sustancial de gas. Esto podría explicar la gran liberación rápida de gas que observamos al descongelar.

Barra libre en el permafrost

De los cientos de COV que medimos, destacó en particular el etanol, ya que representó el 50 por ciento de la masa liberada por el deshielo del permafrost.

El gas etanol indica procesos de fermentación en el permafrost congelado. La cantidad de etanol liberado fue impresionante y destaca la vulnerabilidad del permafrost y el posible impacto que este depósito de carbono podría tener en la química general de la atmósfera.

Si nosotros como planeta descuidar la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, entonces, es probable que el subsiguiente calentamiento global lleve al deshielo del 40 al 80 por ciento de los suelos de permafrost cercanos a la superficie para fines de este siglo.

Suponiendo que todos los suelos de permafrost emiten la misma cantidad de etanol que hemos observado, el calentamiento climático conducirá a la liberación de 1, 000 billones de toneladas de etanol. Esto es equivalente a 21, 500 años de emisiones de tráfico de una ciudad del tamaño de Los Ángeles, la ciudad más congestionada del mundo, asumiendo que todos los autos usaran etanol como gasolina.

Como al menos una parte de la población humana, las bacterias también consumen con entusiasmo etanol. El permafrost está cubierto por una capa de suelo que se descongela cada verano, la llamada "capa activa". La capa de suelo activo alberga una comunidad microbiana activa lista para beber con los gases VOC del permafrost como el etanol, a medida que se difunden hacia arriba para alcanzar la atmósfera.

COV en el menú

Pudimos observar estos gases porque excavamos en el permafrost profundo y los llevamos físicamente a la superficie. En ese momento, el suelo congelado se descongeló y se liberaron los gases.

Pero, ¿qué pasaría en la 'vida real'? si los gases no fueran alterados físicamente de esta manera? ¿Seguirían llegando a la superficie si se dejaran difundir hasta la superficie por sí mismos?

Si bien los COV son liberados por algunas bacterias, pueden ser comida para otros. Entonces, la pregunta era si los gases VOC del permafrost serían consumidos por microorganismos que viven en la capa activa del suelo, y así se le impide llegar a la atmósfera?

Para probar esto, preparamos otro experimento, en el que comparamos la liberación de COV de los frascos de albañil con permafrost solo con los frascos de albañil que contenían tanto permafrost como una capa activa de suelo.

Vimos que la capa activa estaba colonizada por microorganismos sedientos ya que casi todos los COV del permafrost nunca lograron atravesar la capa activa del suelo.

¿Significa esto entonces, que los COV emitidos por el permafrost no afectarán la atmósfera?

Probablemente no. El Ártico está experimentando actualmente un calentamiento climático al doble de la tasa del resto del planeta, y esto significa que el permafrost se está descongelando con una velocidad cada vez mayor.

La congelación y descongelación periódicas son procesos poderosos que causan deslizamientos de tierra y empujan capas de suelo más profundas a la superficie. Tal remodelación del paisaje expone los suelos de permafrost congelado al contacto directo con la atmósfera, lo que permite que los COV eviten las bacterias sedientas.

¿El suelo se hunde?

También descubrimos otro proceso importante:es decir, la capacidad de las bacterias para consumir grandes cantidades de COV en el suelo por encima del permafrost, incluso a bajas temperaturas.

Como bacterias los árboles y otras plantas utilizan COV con fines de comunicación y defensa. Y de hecho, La liberación de COV de las plantas es 10-1000 veces mayor en comparación con el suelo.

Los COV emitidos por la vegetación se arremolinan en el aire cerca del suelo, antes de que finalmente lleguen a la atmósfera superior. Pero, ¿qué sucede cuando estos COV aterrizan brevemente en la superficie del suelo?

Si el suelo absorbe eficazmente los COV emitidos por la planta y, por lo tanto, reduce la emisión neta de COV a la atmósfera, esto podría tener consecuencias para los COV en la atmósfera.

Los COV afectan la atmósfera de varias formas, muchos de los cuales no se comprenden completamente. Por ejemplo, cuando se mezclan con los gases de escape del tráfico, los COV contribuyen a la producción de contaminación del aire. También pueden pegarse para formar partículas diminutas e incluso nubes. que puede enfriar el planeta. Por otra parte, Los COV también pueden aumentar las concentraciones de metano y ozono atmosféricos, que son ambos potentes gases de efecto invernadero.

Entonces, ahora, estamos en el laboratorio realizando experimentos para descubrir con precisión cómo se liberan los COV del permafrost en diferentes situaciones para comprender cómo esto podría cambiar en el futuro a medida que el clima continúa calentándose.

Los COV mitigan o aceleran el calentamiento climático

Los científicos del clima están interesados ​​en los COV, porque pueden alterar el equilibrio físico y químico de la atmósfera.

Dependiendo de los compuestos específicos, condiciones meteorológicas, y con qué otros gases se mezclan en el aire, Los COV pueden tener un impacto de calentamiento o enfriamiento en el clima.

Los COV facilitan el crecimiento de partículas atmosféricas e inducen la formación de nubes que enfrían el clima al reflejar la radiación solar de regreso al espacio.

Por otra parte, Los COV pueden contribuir a la formación de ozono a nivel del suelo, que es un gas de efecto invernadero. Las reacciones en las que participan los COV también pueden prolongar la vida útil del metano, otro gas de efecto invernadero. Esto tiene el potencial de amplificar el calentamiento climático.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de ScienceNordic, la fuente confiable de noticias científicas en inglés de los países nórdicos. Lea la historia original aquí.