Como detectives Los científicos de Argonne están estudiando pistas de la liberación de carbono en las regiones de permafrost que se están descongelando, uniendo las pistas para crear mapas detallados para predecir el impacto del aumento de las temperaturas globales en las futuras emisiones de gases de efecto invernadero.

El diccionario Webster define un círculo vicioso como "una causa y efecto recíprocos en el que dos o más elementos se intensifican y agravan entre sí, empeorando la situación ".

La liberación de carbono del deshielo de los suelos en las regiones de permafrost representa precisamente ese ciclo.

Los suelos afectados por el permafrost, donde las temperaturas del subsuelo permanecen bajo cero durante dos o más años consecutivos, contienen grandes cantidades de carbono orgánico que se descomponen y entran a la atmósfera. La tasa de tal liberación se ha acelerado con el cambio climático a medida que las regiones se calientan rápidamente y los suelos superficiales se descongelan a mayores profundidades en verano. La liberación de carbono almacenado como gases de efecto invernadero (p. Ej., dióxido de carbono y metano) a la atmósfera provoca un mayor calentamiento y más emisiones de carbono.

Para ayudar a comprender el ciclo, Los científicos deben examinar cuidadosamente el potencial de estas reservas de carbono para acelerar las tasas de calentamiento global midiendo la cantidad de gases de efecto invernadero que se emiten a partir del carbono del permafrost en descomposición. Un equipo de investigadores dirigido por Julie Jastrow y Roser Matamala, ecologistas terrestres del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), está contribuyendo a ese esfuerzo a través de un conjunto integrado de enfoques de investigación.

Su trabajo, publicado recientemente en Avances de la ciencia , se centró en cuantificar la cantidad de carbono que se almacena en los suelos afectados por el permafrost y, más específicamente, donde se almacena en las capas del suelo.

Debido a que los suelos contienen más de dos tercios de la reserva de carbono terrestre de la Tierra, más del doble de la cantidad de carbono presente en la atmósfera, juegan un papel importante en el ciclo global del carbono. Gran parte del carbono en los suelos es materia orgánica que se forma a medida que los materiales vegetales muertos se descomponen y los desechos microbianos se acumulan durante períodos que van desde décadas hasta miles de años.

El equipo empleó big data (un gran volumen de datos que crece con el tiempo) y métodos de análisis geoespacial para desarrollar los primeros mapas de alta resolución del almacenamiento y distribución de carbono del suelo a múltiples profundidades para las regiones de permafrost en el hemisferio norte.

Como detectives Los analistas geoespaciales recopilan y seleccionan una montaña de datos ordenados geográficamente, encontrar los datos más relevantes y utilizar técnicas de visualización y estadísticas para identificar y analizar tendencias. El equipo también identificó qué condiciones ambientales, como la temperatura, precipitación, topografía o vegetación:predice mejor las cantidades de carbono del suelo en las regiones de permafrost.

Su trabajo de detective proporciona una línea de base que es fundamental para los científicos que desarrollan los modelos del sistema terrestre utilizados para predecir la cantidad y el tipo de emisiones de gases de efecto invernadero liberadas cuando los suelos afectados por el permafrost comienzan a descongelarse.

Los suelos en las regiones de permafrost retienen más carbono orgánico que en otras regiones, ya que los materiales orgánicos de la superficie se mezclan en capas más profundas debido a los frecuentes ciclos de congelación y descongelación, un proceso llamado crioturbación, y al entierro repetido de depósitos de turba acumulados por sedimentos transportados por el viento y el agua. Los factores climáticos adicionales ayudan a reducir las tasas de descomposición y preservan grandes reservas de carbono orgánico en estos sistemas de suelos durante largos períodos.

En el aire enrarecido presente en latitudes y altitudes elevadas, donde se encuentran la mayoría de los suelos afectados por el permafrost, los extremos climáticos conducen a mayores aumentos de temperatura que en otras partes del mundo. El permafrost ya se está calentando, descongelando y desapareciendo de algunas partes de estas regiones frías, pero la tasa progresiva de pérdida de permafrost predicha por futuros escenarios de calentamiento climático podría liberar sustanciales gases de efecto invernadero adicionales a la atmósfera antes y más allá del final de este siglo.

El estudio de cartografía de carbono, dirigido por Umakant Mishra, un científico geoespacial de Argonne ahora con Sandia National Laboratories — también incluyó numerosos colaboradores asociados con la Red de Carbono Permafrost. Este equipo internacional recopiló datos cuantificando el carbono en muestras de suelo recolectadas de más de 2, 500 ubicaciones diferentes en el circumpolar norte, o región del permafrost ártico, y en casi 200 lugares de la meseta tibetana, la región de permafrost a gran altitud más grande en latitudes más bajas.

Las mediciones de carbono orgánico del suelo utilizadas para producir estimaciones circumpolares anteriores se combinaron con grandes cantidades de nuevos datos del suelo aportados por científicos de Canadá. Rusia, Corea del Sur y Suecia. Los datos se organizaron por profundidad:0 a 1, 1 a 2, y 2 a 3 metros — para calcular los perfiles de las existencias de carbono orgánico del suelo en cada ubicación muestreada. Estos esfuerzos de colaboración aumentaron el número de muestras en un 42% (hasta un 69%) en comparación con estudios anteriores, dependiendo de la profundidad.

Luego, el equipo compiló mapas de alta resolución disponibles de factores ambientales que influyen en la formación del suelo y los escaló a una resolución uniforme de 250 metros cuadrados. Correlacionar estas relaciones con los mapas ambientales, generaron estimaciones de las existencias orgánicas del suelo para las regiones de permafrost circumpolar septentrional y tibetano.

Un hallazgo importante sugiere que se produce más carbono más cerca de la superficie, en un metro, de lo que los científicos creían anteriormente. hacer que una mayor parte del carbono de la región sea vulnerable al deshielo, descomposición y liberación a medida que aumenta la temperatura del aire global, potencialmente alimentando el ciclo de calentamiento.

Los investigadores encontraron que la distribución de las reservas de carbono en ambas regiones de permafrost depende de relaciones complejas entre múltiples factores ambientales. Temperatura, precipitación, Las propiedades topográficas y el tipo de vegetación fueron predictores significativos de las reservas de carbono. El análisis también señaló la topografía como un factor importante en las incertidumbres de predicción; esta información se puede utilizar para priorizar dónde se necesitan más muestras adicionales de perfiles de carbono del suelo.

"En general, Esta nueva imagen de cómo las grandes cantidades de carbono orgánico almacenado en los suelos afectados por el permafrost se distribuyen en gran parte de las áreas terrestres más frías del mundo ayudará a mejorar la capacidad de los modelos del sistema terrestre para predecir el impacto del aumento de las temperaturas globales en las futuras emisiones de gases de efecto invernadero. gases de estas regiones que cambian rápidamente, "dijo Jastrow.

El estudio, "Heterogeneidad espacial y predictores ambientales de las reservas de carbono orgánico del suelo de la región del permafrost, "se publica en Avances de la ciencia .