Los investigadores del DOE y del USDA utilizan nuevos modelos globales para estudiar cómo los controladores ambientales afectan el carbono orgánico del suelo, cambios que pueden alterar las concentraciones de carbono atmosférico y afectar el clima. Las predicciones podrían beneficiar a los planes de mitigación de la industria.

La naturaleza ofrece una gran variedad de formas de controlar su salud. Uno de los indicadores más exitosos es el estado del carbono orgánico del suelo, o la concentración de carbono en la fracción orgánica del suelo que consiste en vegetación en descomposición o productos animales. Un pequeño cambio en los niveles de carbono puede alterar drásticamente las concentraciones de carbono atmosférico y afectar el clima.

"Es importante estudiar el carbono orgánico del suelo porque es la propiedad del suelo la que proporciona numerosos servicios ecosistémicos a la humanidad, como desactivar contaminantes, conservar la biodiversidad, conservar y depurar el agua, aumentar la fertilidad del suelo, y mitigar los impactos del cambio climático, "dijo Umakant Mishra, científico geoespacial del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).

Una colaboración entre el Departamento de Agricultura de EE. UU. Y varios laboratorios nacionales del DOE, incluyendo Argonne, se propuso predecir y modelar el efecto de los controladores ambientales, o factores formadores del suelo:clima, organismos, topografía, material parental y tiempo:en el carbono orgánico del suelo a diferentes escalas espaciales en los Estados Unidos continentales.

Los resultados del estudio de carbono orgánico del suelo están destinados a reducir la incertidumbre en la predicción de retroalimentaciones climáticas de carbono global y los cambios climáticos asociados. También podrían proporcionar más certeza sobre cómo los extremos climáticos futuros pueden afectar las actividades de numerosas industrias, desde la agricultura y las industrias de seguros agrícolas hasta las industrias de conservación de recursos naturales.

Investigadores por primera vez, fueron capaces de generar algoritmos de escala para dar cuenta de una región geográfica tan grande mediante el uso de un gran conjunto de observaciones de campo disponibles recientemente, una gran cantidad de factores ambientales y un algoritmo de aprendizaje automático, un método de inteligencia artificial que aprende de datos específicos para mejorar progresivamente las predicciones de nuevos datos similares.

En este caso, la escala se refiere al área en la que se supone que las propiedades del carbono orgánico del suelo son similares, y la escala toma la información recopilada de una escala espacial y la aplica a otra. Con la región dividida en un patrón de celdas de cuadrícula, la escala espacial utilizada en esta investigación varió desde una resolución más fina de 100 ma un recorrido más de 50 km entre los centros de la cuadrícula.

"El contenido de carbono orgánico del suelo difiere en diferentes lugares de muestreo, es por eso que necesitamos muestrear en ubicaciones representativas si pretendemos capturar la heterogeneidad espacial de las propiedades del suelo en el área de estudio, "Dijo Mishra.

Los algoritmos de escalado que él y sus colaboradores crearon como parte de la investigación son importantes para los modelos del sistema terrestre. como el modelo del sistema terrestre de exaescala de energía del DOE, además de predecir los cambios climáticos con mayor precisión.

Escalada, Mishra señaló, es un tema que tradicionalmente se ha ignorado en las ciencias biogeoquímicas / naturales, donde se creía que las propiedades o procesos asociados con una escala espacial se pueden aplicar tanto a escalas menores como a mayores. En realidad, Sin embargo, éste no es el caso.

Modelos actuales del sistema terrestre, que se utilizan para predecir la retroalimentación climática global del carbono en el futuro y los cambios climáticos asociados, operan a escalas espaciales gruesas (50-100 km) y actualmente no pueden representar a los controladores ambientales y su efecto sobre el carbono orgánico del suelo de una manera consistente con las observaciones de campo.

"El control de los factores ambientales sobre el carbono orgánico del suelo no es coherente con las observaciones de los modelos actuales de superficie terrestre, ", agregó." Creemos que las funciones de escala que desarrollamos en esta investigación, que se extraen de numerosas muestras en una amplia zona geográfica, puede mejorar la representación espacial del carbono orgánico del suelo en la superficie terrestre dentro de los modelos del sistema terrestre ".

Entre los resultados del trabajo reciente del equipo, Los modelos mostraron que los atributos topográficos y del suelo eran controladores significativos del carbono orgánico del suelo a escalas más finas. En el extremo más grueso de la escala, Los factores climáticos y de uso de la tierra actuaron como importantes controladores.

Un artículo sobre el estudio, "Importancia y fortaleza de los controladores ambientales de los cambios de carbono orgánico del suelo con escala, "aparece en el 1 de octubre, 2020, cuestión de Geoderma (Publicado en línea, 23 de junio 2020).